ポリ(ビニルアルコール)の酵素合成

聚(乙烯醇)的酶法合成

基本信息

批准号：
13750816
负责人：
高須昭則
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Nagoya Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

科学研究費補助金交付申請書に記載したとおり、アルドラーゼの逆反応を応用し、アセアルデヒドの連続的なアルドール反応によりポリ(ビニルアルコール)の合成を試みた。文献調査の結果、30種程度存在するアルドラーゼの中で、アルデヒドを供与体として用いることができるのは2-Deoxyribose-5-phosphate aldolase(DERA)のみであり、これが適当であると判断した。DERAの合成遺伝子を組み込まれた細菌E.Coli DH5αを購入し、これを培養することでDERAの抽出を試みた。抽出物のIRおよびSDS電気泳動を行った結果、28kDaのタンパク質であることがわかり、DERAのそれと一致した。さらに、酵素活性試験を行ったところ、1.01unit/mgの活性を示した。文献調査の結果、PVAの合成における開始剤には、モノマーであるアセトアルデヒドとの反応率が最も高いD-Glyceraldehyde-3-phosphate(D-G3P)が最も適していると考えられた。しかし、D-G3Pおいては一回アルドール反応が触媒されると鎖状の2-Deoxyribose-5-phosphate(DRP)が形成され、弱アルカリの条件(pH7.3〜7.5)では、その糖の環鎖平衡が環状の方に大きく傾くためにPVAの合成には至らなかった。そこで条件をpH5や6などの酸性の条件にした。こうすることにより平衡が鎖状の方へ傾き、PVAの合成に至りやすくなると考えた。しかし、この条件では反応は全く進行しなかった。これは、この条件ではDERAの高次構造が変化してしまい触媒作用を示さなかったと考えた。次に、D-G3Pとアセトアルデヒドの1:1付加体であるDRPを開始剤としたPVAの酵素合成を試みた。その結果、27℃、21日間反応させると重合度10のPVAオリゴマーが得られた(転化率33%)。重合の機構から考えて、100%イソタクッチクPVAであるといえ、これまでのチャンピオンデータ(79%)を大幅に上回った。以上、環境化学のみならず高分子合成化学の分野において興味深い結果が得られた。

正如科研资助申请中所述，我们尝试利用醛缩酶的逆反应，通过乙醛的连续醛醇缩合反应来合成聚乙烯醇。文献研究的结果是，在现有的大约30种醛缩酶中，只有2-脱氧核糖-5-磷酸醛缩酶（DERA）可以使用醛作为供体，我们确定这是合适的。我们购买了含有DERA合成基因的大肠杆菌DH5α，并尝试通过培养它来提取DERA。提取物的IR和SDS电泳结果发现，其为28kDa的蛋白质，与DERA的蛋白质相匹配。此外，酶活性测试显示活性为1.01单位/mg。文献研究结果显示，与单体乙醛反应速率最高的D-3-磷酸甘油醛（D-G3P）被认为是最适合PVA合成的引发剂。然而，在D-G3P中，一旦催化羟醛反应，就会形成链状2-脱氧核糖-5-磷酸(DRP)，在弱碱性条件下(pH 7.3至7.5)，无法合成糖PVA因为环链平衡强烈地向环状结构倾斜。因此，将条件设为酸性，例如pH 5或6。我们认为，通过这样做，平衡会向链状结构倾斜，从而更容易合成PVA。然而，在这些条件下，反应根本没有进行。这是因为 DERA 的高阶结构在这些条件下发生了变化，并且没有表现出催化活性。接下来，我们尝试使用 DRP（D-G3P 和乙醛的 1:1 加合物）作为引发剂酶法合成 PVA。结果，在27℃反应21天后得到聚合度为10的PVA低聚物(转化率33％)。考虑到聚合机理，可以说是100%等规PVA，显着超过了之前的冠军数据（79%）。如上所述，不仅在环境化学领域而且在聚合物合成化学领域也获得了有趣的结果。