納豆菌のレバンスクラーゼによるレバンの合成(分岐形成)のメカニズムについて

摘要

納豆菌を脱脂大豆抽出液に無機塩を加えた培地で培養し、レバンスクラーゼを得た。本酵素はショ糖を基質として反応させると高分子のフルクタンであるレバンを合成する。レバン合成の途上でショ糖よりフルクトースを切り取り別のショ糖分子に転移して、3 糖のケストースを生成し、その後順次フルクトース残基を転移してその鎖長を伸ばし、ところどころで分岐を持った分子量数百万の多糖を合成する。こうした高分子の多糖合成の多くはデンプンをはじめ複数の酵素が関与し、複雑な構造を構築する。しかし、レバン合成は単一酵素によりなされ、レバンの鎖長を伸長したり、分岐を作ったりしている。 そのメカニズムを明らかにする目的で、まずレバンを分解する酵素を生産する微生物を検索し、レバンよりフルクトース2 個がβ -2,6- 結合した2 糖のレバンビオースを生成する酵素生産菌を得た。それを用いレバンビオースを調製し、ショ糖と共存させた反応系でレバンスクラーゼのレバン合成を検討した。 この場合はレバンビオースはレバンの合成開始時のフルクトースの受容体として働き生成したレバンの末端に組み込まれていた。つまり、レバンスクラーゼはいろいろなオリゴ糖をアクセプターとしてフルクトース残基を転移するが、レバンビオースも よきアクセプターであった。 生成したレバン(条件を限定して高濃度の食塩存在下で低分子のレバン合成を行った)は末端にレバンビオースを有する分子量がおよそ3,500 のものであった。 次にこのレバンとショ糖を共存させてレバンスクラーゼを作用させるとその鎖長を伸長した約8,000の分子量のものが得られた。このレバンの鎖長伸長と分岐を増加する反応はレバンビオースを末端に有する分子量8,000 のレバンを用いた場合にも繰り返され分子量約 16,000 のレバンが合成された。分子量増加と分岐の増加は本酵素がフルクトース残基を伸長しながら先端で分岐をつくり、さらにフルクトースを転移して鎖長伸長を行っていると考えられた。