高効率なトレハロース合成をつかさどる古細菌由来の2つの酵素の立体構造解析

Crystal structures of two coupled enzymes accomplishing high-efficient biochemical synthesis of trehalose

岡崎 伸生; 玉田 太郎; 三浦 裕*; Feese, M. D.*; 加藤 優*; 米田 俊浩*; 竹原 恭子*; 小林 和男*; 近藤 恵二*; 黒木 良太

Okazaki, Nobuo; Tamada, Taro; Miura, Yutaka*; Feese, M. D.*; Kato, Masaru*; Komeda, Toshihiro*; Takehara, Kyoko*; Kobayashi, Kazuo*; Kondo, Keiji*; Kuroki, Ryota

酸性,高温下で生息する古細菌には、可溶性澱粉から直接トレハロースを生成する高効率なシステムが存在する。このシステムには2つの酵素が働いており、-アミラーゼファミリーに属するグリコシルトランスフェラーゼ(Glycosyltransferase; GTSase; EC 2.4.1.25)が、マルトオリゴ糖の末端2糖の分子内転移を行い、基質還元末端部位の-1,4グリコシド結合を,-1,1結合に変換する。生成物であるマルトオリゴシルトレハロースは-アミラーゼ(Glycosyltrehalose trehalohydrolase; GTHase; EC 3.3.1.1)により加水分解され、最終生成物であるトレハロースが切り出される。われわれは古細菌Sulfolobus shibatae DSM5389由来GTSase及びSulfolobus solfataricus KM1由来GTHaseを基質との複合体状態で結晶化を行い、SPring-8で測定したデータを用いて立体構造を明らかにした。

The crystal structure of glycosyltrehalose synthase (GTSase) from the hyperthermophilic archaeum Sulfolobus shibatae DSM5389 has been determined to 2.3 A resolution by X-ray crystallography. GTSase converts the glucosidic bond between the last two glucose residues of amylose from an alpha-1,4 bond to an alpha-1,1 bond, making a non-reducing glycosyl trehaloside in the first step of the biosynthesis of trehalose. The structure of GTSase can be divided into five domains. The central domain has the (beta/alpha)8 barrel fold which is conserved in the alpha-amylase family as the catalytic domain. Three invariant catalytic carboxylic amino acids in the alpha-amylase family are also found in GTSase at positions Asp241, Glu269 and Asp460 in the (beta/alpha)8 domain. Our previous study with KM1-GTSase has been shown that the maltooligosaccharides are converted to glycosyltrehalose by an intramolecular transglycosylation mechanism.