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近年，2～30 nm程度の均一の細孔を有するシリカを基本骨格としたナノサイズに制御されたメソポラスシリカ（メソ多孔体）が合成可能となった。その細孔直径が酵素（タンパク賀）等のバイオ分子の直径とよく一致し，かつ酵素の等電点より少し低いpH領域で固定化したときに，酵素分子は高い安定性を示した。固定化の過程でメソ多孔体のシラノール基と酵素表面のアミノ酸の側鎖の間で水素結合等が生じて分子の形を保持しているものと考えられる。
また安定性が低いため実用上有効な利用技術の確立には至っていないマンガンペルオキシダーゼ（MnP）をSIMPLEX法（1分子PCRを基にした無細胞タンパク質合成糸による分子進化技術）を用いて，週酸化水素結合ポケットの入り口付近の三つのアミノ酸残基を分子進化させ，過酸化水素に村する安定性を10倍以上にすることができた。さらに分子進化させたMnPを大きさが合致したメソ多孔体に固定化することで，天然酵素に村して50倍近くの相乗的安定化効果が発揮されることを見出した。
Enzymes (proteins) were successfully stabilized in mesoporous materials. When the pore diameter of mesoporousmaterials were controlled to nearly the same as the diameter of the enzyme, the immobilized enzyme has high stability. Because the surface amino acid residues would form hydrogen bond with silanol residues of mesoporous materials. We found that enzymes would be successfully immobilized and stabilized at the low pH region below pI of the enzyme.
A mutant MnP library containing three randomized amino acid residues located in the entry site of H2O2-binding pocket of MnP was evolved on a multi-well plate using SIMPLEX (single-molecule PCR-linked in vitro expression). The screening of more than 104 samples independently expressed for improved H2O2 stability led to four positive mutants, the H2O2 stability of which was nine times higher than that of the wild-type. Immobilized MnP mutant in mesoporous material showed the high H2O2 stability , more than 50 folds than wild type MnP. But the stability of immobilized wild type MnP was not improved so much as that for immobilized mutant MnP.
Key words: mesoporous materials; molecular evolution; enzyme stabilization; synergistic effect
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