A Challenge for in-situ observations of chemical reaction and reaction-induced self-assembly; SANS studies of in-vitro synthesis of cellulose via enzymatic polymerization

化学反応と反応誘起自己組織化構造の中性子小角散乱によるその場観察; 酵素触媒重合によるセルロースの人工合成

橋本 竹治; 田中 宏和; 小泉 智; 黒崎 一裕*; 大前 仁*; 小林 四郎*

Hashimoto, Takeji; Tanaka, Hirokazu; Koizumi, Satoshi; Kurosaki, Kazuhiro*; Omae, Masashi*; Kobayashi, Shiro*

酵素触媒重合によって人工的に合成されるセルロースの自己組織化過程を、その場,時間分割中性子小角散乱法を用いて観察した。その結果、以下のことを明らかにした。(1)反応溶液中で形成される酵素(セルラーゼ)会合体の滑らかな表面付近にある活性点においてセルロース分子が生成する。(2)生成したセルロース分子は拡散律速過程に従って互いに凝集し、結晶化しフィブリルを形成する。(3)生成したフィブリルは酵素会合体の滑らかな表面まわりに、フラクタル次元2.3で特徴づけられる粗い表面をもった凝集体を形成する。

We have investigated self-assembling process of cellulose artificially synthesized via enzymatic polymerization by means of in-situ and time-resolved SANS (Small-angle Neutron Scattering). The results elucidated the followings: (1) Cellulose molecules synthesized at a special reaction site of the enzyme (cellulase) located on or near the smooth surface of self-assembled enzymes formed in the reaction medium; (2) The synthesized molecules associated themselves via DLA (diffusion-limited association) and crystallized into fibrils; (3) The fibrils formed the aggregates, which had surface fractal dimension Ds increasing from 2 to 2.3 with the reaction time, on the smooth surface of the enzyme aggregates.