本研究では,石川県の同じ圃場で収穫された支那白花種と金澄20号種レンコンの可食部から分離した澱粉の物理化学的な性質を比較した.両レンコン澱粉のRVA の最高粘度を比較してみると,支那白花は244RVU (77.4°C),金澄20 号が240 RVU (79.0°C) であった.次に,B 型回転粘度計を用いて65°Cにおける粘度を測定してみると,支那白花は3,410 mPa·s,金澄20 号は2,030 mPa·s であった.ところが,60°Cにおける粘度を分析してみると,支那白花は2,720mPa·s であったが,金澄20 号は16 mPa·s であった.以上の結果から,支那白花種由来レンコン澱粉は,金澄20 号種レンコン由来澱粉よりも低温で粘性を発現しやすいという性質が明らかとなった.次に,両澱粉のアミロペクチンを構成する分岐鎖の鎖長分布を比較すると,重合度10以下は支那白花澱粉の方が多かったが,重合度11 から重合度30 までは金澄20 号澱粉の方が多かった.以上の結果から,両澱粉の糊化および粘度特性の差異に寄与している要因として,アミロペクチンの鎖長分布の差異が原因の1 つであると考えられた.

乳幼児の糞便から分離されたビフィズス菌の中には,ヒトミルクオリゴ糖からビフィズス菌の増殖因子であるラクト-N-ビオース(LNB) を菌体外で切り出すラクト-N-ビオシダーゼ(LNBase) を持つものが存在する. Bifidobacterium bifidum はGH20 のLNBase (LnbB) を持つのに対し,Bifidobacterium longum は新規なGH ファミリー(GH136) を形成するLNBase (LnbX) を持つ.LnbB はフコシル化またはシアリル化された基質に対して活性を示さないが,LnbX はこれらの基質に対しても作用する.我々は,LnbX の触媒ドメインの立体構造を反応産物であるLNB との複合体の状態で決定した.LnbX はβ-ヘリックス構造をとり,(α/β)₈ バレル構造をとるLnbB とは全く異なる構造をしていた.LnbX はアノマー保持型酵素であり,求核触媒残基はAsp418,酸/塩基触媒残基はAsp411 であると同定された.また,酸/塩基触媒残基が水を介してH⁺を受け渡すGrotthuss 機構により加水分解することが示唆された.

β-マンナンは主としてマンノシル基がβ-(1→4)-結合した主鎖を持つ多糖であり,植物細胞壁のヘミセルロースの構成多糖や貯蔵多糖として存在する.Ruminococcus albus やBacteroides fragilis などの細菌は,β-マンナン分解物のβ-(1→4)-マンノビオース(Manβ1-4Man) をセロビオース2-エピメラーゼ(CE) によりエピメリ化し,生じたManβ1-4Glc を4-O-β-D-マンノシル-D-グルコースホスホリラーゼ(MGP) により加リン酸分解することで代謝する(CE-MGP 経路). R. albus は,長鎖のβ-(1→4)-マンノオリゴ糖を好むβ-1,4-マンノオリゴ糖ホスホリラーゼ(MOP)も有する.CE はN-アセチルグルコサミン2-エピメラーゼやアルドースケトースイソメラーゼなどの単糖異性化酵素と構造的類似性を持ち,MGP やMOP は主としてマンノシドホスホリラーゼからなる糖質加水分解酵素ファミリー130 に分類される.本稿では,これら酵素の機能と構造について概説する.

Candida versatilis SN-18 を用いた微生物発酵によるグリセロール生産を目指し,高糖濃度条件下における本酵母のグリセロールの生成機構を解析した.本酵母は,浸透圧ストレス条件下のグリセロール生成に必須であるglycerol 3-phosphate dehydrogenase (GPD) をコードするCvgpd1 およびCvgpd2 を有しており,それらはゲノムDNA 上に直列且つ近接して存在していた.Cvgpd2 は溶質の種類にかかわらず常に一定の発現を示した.一方,Cvgpd1 はNaCl 存在下では直ちに転写が誘導されるのに対し,20% グルコース存在下では培養72 時間までに徐々に誘導された. いずれもCvgpd1 の誘導に伴ってグリセロール生産量が増加したことから,Cvgpd1 が本酵母のグリセロール生産に重要な役割を果たしていることが明らかになった.さらに,それらの結果は,溶質の種類や培養時間の増加によってもグリセロール生産が制御されていることも示した. 本研究で明らかになった本酵母のグリセロール生成機構は,これまでの浸透圧ストレスと関連付けたグリセロール生成機構とは異なる機構の存在を予測させた.

シアノバクテリアは一般にグリコーゲンを蓄積するが,ごく一部の単細胞種は澱粉の主成分であるアミロペクチンと類似した分岐多糖を蓄積することが見出されている.これらバクテリアのα-グルカンは,枝作り酵素(BE) や枝切り酵素(GlgX) など複数の酵素群によって代謝される.BE とGlgX は,それぞれα-グルカン分子の転移反応と加水分解反応を触媒する.両者の触媒反応は異なるが,反応機構は極めて類似している.シアノバクテリアは複数のBE およびGlgX アイソザイムを有するが,特性,結晶構造,および糖代謝における役割はほとんど解明されていない.本研究では,BE およびGlgX に着目し,構造機能相関の解明を試みた.その結果,澱粉生産型シアノバクテリア由来BE1 アイソザイムおよびGlgX2 アイソザイムの結晶構造を決定した.BE1 については,マルトオリゴ糖と複合体を形成した状態での結晶構造を決定し,サブサイトを同定した.また,7 カ所の酵素表面の基質糖鎖結合部位を同定した.これらの成果から,BE の反応メカニズムの予想モデルを提唱した.本総説では,BE の構造機能相関について述べる.

トレハロースは,2 分子のグルコースがα,α-1,1-グルコシド結合した非還元性の2 糖であり,自然界で多くの動植物・微生物に分布している.その生理作用についても,昆虫での血糖としての利用や動植物における乾燥などのストレス耐性への関与など,古くから数多く報告されている.20 年程前に酵素的な手法により,安価にかつ大量に製造する方法が確立されると,食品・化粧品などに広く利用されるようになり,ヒトでの作用の研究も拡大した.その1 つの大きな流れは,糖,脂質代謝に関する研究であり,脂肪細胞の肥大化抑制効果の発見からヒトでの生活習慣病リスク低減効果の検証にまで至っている.骨吸収抑制作用の発見から始まった研究からは,骨粗しょう症や歯周病の予防効果への期待も高まってきた.また神経変性疾患においても,予防・発症抑制の可能性を示す結果が数多く報告されている.この様に,数々のヒトでの生理作用の報告がある一方で,分子レベルでのメカニズムについては,強いオートファジー誘導能発見などを端緒として,漸く明らかとなり始めたばかりである.本総説では,トレハロースの生理作用の全貌を概観し,そのメカニズム解明の現状を紹介する.

コンドロイチン硫酸(CS) はグルクロン酸(GlcA) とN-アセチルガラクトサミン(GalNAc) が交互に結合し,各糖ヒドロキシ基の一部に硫酸基が付加した直鎖の酸性多糖類である.GlcA の一部がイズロン酸(IdoA) に変換されたCS 鎖はデルマタン硫酸(DS) と呼ばれる.CS およびDS はA-unit (GlcA/IdoA-Gal-NAc4S),B-unit (IdoA2S-GalNAc4S),C-unit (GlcA/IdoA-GalNAc6S),D-unit (GlcA/IdoA 2S-GalNAc6S),Eunit (GlcA/IdoA-GalNAc4S6S) を様々な割合で含み,生物種によりその比率に特徴がある.本研究では,硬骨魚類のスズキの鰭,骨,眼球,内臓および身に含まれるCS の二糖組成解析を行った.その結果,鰭,眼球および骨のCS はIdoA を13.8～23.7% を含むCS/DS 混成鎖であること,二糖組成はA-unit の比率が高く哺乳類と類似していることが明らかとなった.また,スズキCS/DS 混成鎖は成長因子との親和性が認められたことから,鰭,骨および眼球は機能性CS/DS 混成鎖原料としての有用性が示された.