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研究概要

　植物の貯蔵栄養と言えば、概してグルコースが重合した多糖であるデンプンが挙げられます。しかし、一般にはあまり知られていませんが、かなりの種類の植物では貯蔵栄養としてフルクトースの重合体であるフルクタンも利用することが分かっています。例えば、単子葉類ではイネ科、ユリ科、ヒガンバナ科の植物、双子葉類ではキク科、キキョウ科、ムラサキ科の植物でフルクタンが利用されています。生物化学研究室では植物フルクタンを研究の中心にして、その分解や合成に関わる酵素やその生成物の化学的あるいは生理的機能についての研究を行ってきました。近年の研究のテーマは大きく二つのカテゴリーに分かれます。一つ目は、土壌中の微生物由来のイヌリン分解酵素に関する研究です。二つ目は植物自体のフルクタン代謝に関する研究です。

微生物由来のイヌリン分解酵素に関する研究

　フルクタンの一種イヌリンはショ糖のフルクトース残基にフルクトースがβ-(2→1)結合で20〜30分子結合した直鎖状の多糖で双子葉類のフルクタン含有植物に共通に見られる貯蔵多糖です。自然界ではイヌリンを栄養源として生育できる（イヌリン資化性と言います）微生物が存在しますが、それらは、何らかのイヌリン分解酵素を生産しているはずです。そのような微生物を分離するために、イヌリンのみを炭素源として含む寒天培地に土壌のけん濁液を塗りつけ培養します。そうして現れたコロニーを分離し、それぞれのバクテリアがどのようなイヌリン分解酵素を生産しているのかを調べます（このような技法をスクリーニングと言います）。本研究室ではこれまで土壌から膨大な数のバクテリアを分離して調べてきた過程で、下記のような新規の酵素を発見し、それらの酵素化学的な研究を行ってきました。近年では、これらの酵素の遺伝子の構造から酵素タンパク質の構造を決定することを目的とした研究も行っています。

• イヌリンフルクトトランスフェラーゼ （Inulin fructotransferase）
  　イヌリンのフルクトース末端から分子内糖転移反応によりフルクトース2分子が二ケ所でフルクトシド結合した環状二糖di-D-fructose 1,2':2,3' dianhydrideを生成する酵素 。
  

• オリゴ糖生成型エキソイヌリナーゼ（Exo-inulinase (oligosaccharides forming type)）
  　イヌリンのフルクトース末端から三糖または四糖単位に加水分解する酵素。
  

• 環状イヌロオリゴ糖生成酵素（Cycloinulo-oligosaccharide fructanotransferase）
  　分子内糖転移反応によりイヌリンのフルクトース末端から6〜8個のフルクトース分子が環状にβ-2,1結合した環状イヌロオリゴ糖（このページの BACKGROUND）を生成する酵素。この酵素はさらに、D-フルクトフラノシル残基を受容体とした分子間糖転移反応も触媒する。
  

植物におけるフルクタン関連酵素に関する研究

　植物のフルクタンは、光合成で作られたショ糖を原料にフルクトシル転移酵素によって合成されることが明らかにされています。例えば、前にも触れたイヌリンは二つの酵素の働きで合成されます。１つ目の酵素は、ショ糖分子のフルクトース残基を切り取って別のショ糖のフルクトース残基に転移する反応を触媒する酵素で、スクロース：スクロース 1-フルクトシルトランスフェラーゼ（略して1-SST）と呼ばれます。1-SSTの反応によってショ糖にフルクトースがもう一つ結合した三糖ができます。この三糖を1-ケストースと呼びます。２つ目の酵素は、1-ケストースからさらにフルクトースが多数結合した糖を糖転移反応により合成する酵素で、フルクタン：フルクタン 1-フルクトシルトランスフェラーゼと呼ばれます。1-SSTと1-FFTの基質特異性の違いを利用してショ糖からイヌリンが合成されます。また、単子葉類の植物にはさらに特異性の異なるフルクトシル転移酵素が存在し、枝分かれのあるフルクタンが合成されることが知られています。合成されたフルクタンは、エネルギーが必要な時に加水分解酵素により分解され利用されると考えられていますが、フルクタンにはエネルギー貯蔵の役割以外にも、浸透圧の調整や耐凍性の賦与などの生理的役割があるとの報告もあります。我々の研究室では、身近な植物であるキキョウやヒガンバナを材料に、植物由来のフルクタンの合成や分解に関連する酵素やその生成物の生理的役割について解明していこうと考えています。

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卒業論文および修士論文リスト

平成21年度
　卒業論文題目

• 土壌から分離された一菌株が生産するエンドイヌリナーゼの精製と酵素化学的諸性質について
  
• 土壌より分離された一菌株が生産するF3・F4生産型エキソイヌリナーゼの精製と酵素化学的諸性質について
  
• 土壌から分離されたシクロイヌロオリゴ糖生成酵素を生産する菌株の菌体内でのシクロイヌロオリゴ糖の分解に関わる酵素について
  
• ヒガンバナ（Lycoris radiata）の根から分離したAgrobacterium tumefaciensの一菌株が生産するDFAIII生成型イヌリンフルクトトランスフェラーゼの酵素化学的諸性質について
  
• ヒガンバナ（Lycoris radiata）根のイヌリンフルクトフェラーゼについて
  

平成20年度
　卒業論文題目

• 土壌から分離された一菌株が生産するDFA I生成型イヌリンフルクトトランスフェラーゼの精製と酵素化学的諸性質について
  
• 土壌から分離されたDFA I生成型イヌリンフルクトトランスフェラーゼ生産菌の菌体内でのDFA I代謝
  
• 土壌から分離された一菌株のシクロイヌロオリゴ糖生成酵素について
  
• ヒガンバナ（Lycoris radiata）根のイヌリンフルクトトランスフェラーゼについて〜精製と諸性質〜
  
• ヒガンバナ（Lycoris radiata）根のイヌリンフルクトトランスフェラーゼについて〜1-ケストース系オリゴ糖に対する作用〜
  

平成19年度
　卒業論文題目

• キキョウ（Platycodon grandiflorum）のフルクタン：フルクタンフルクトシルトランスフェラーゼについて〜
  
• 土壌より単離されたイヌリン分解酵素生産菌株の16SrRNA遺伝子の塩基配列ホモロジー検索による分類
  
• 土壌から分離された一菌株の菌体結合型シクロイヌロオリゴ糖生成酵素について（その１）〜菌株のスクリーニング〜
  
• 土壌から分離された一菌株の菌体結合型シクロイヌロオリゴ糖生成酵素について（その２）〜酵素の精製と諸性質〜
  

平成18年度
　卒業論文題目

• キキョウ（Platycodon grandiflorum）の葉に存在するInvertaseについて〜部分精製と諸性質について〜
  
• キキョウ（Platycodon grandiflorum）の葉に存在するInvertaseについて〜部分精製と多型性について〜
  
• RT-PCRを用いたキキョウ（Platycodon grandiflorum）1-SST遺伝子断片増幅の試み
  
• 土壌から分離されたコリネ型バクテリアの一菌株が生産するオリゴ糖生成型エキソイヌリナーゼについて〜スクリーニングと培養条件の検討〜
  
• 土壌から分離されたコリネ型バクテリアの一菌株が生産するオリゴ糖生成型エキソイヌリナーゼについて〜酵素の部分精製と化学的諸性質〜
  

平成17年度
　卒業論文題目

• キキョウ（Platycodon grandiflorum）のイヌリン代謝関連酵素について
  
• キキョウ（Platycodon grandiflorum）の葉に存在するインベルターゼについて
  
• RT-PCRを用いたキキョウ（Platycodon grandiflorum）1-SST遺伝子断片増幅の試み
  
• 土壌から分離したイヌリン資化性菌の一菌株が生産するexo型イヌリナーゼについて
  
• 土壌から分離された中等度好熱性イヌリン資化性菌の生産するendo型イヌリナーゼについて
  

平成16年度
　卒業論文題目

• キキョウ（Platycodon grandiflorum）発芽時におけるイヌリン合成系の発現について
  

平成15年度
　修士論文題目

• 土壌より分離されたコリネ型バクテリアの一菌株が生産するオリゴ糖生成型エキソイヌリナーゼについて
  

　卒業論文題目

• Bacillus circulans OKUMZ 31Bのシクロイヌロオリゴ糖生成酵素遺伝子における部分塩基配列の決定
  
• キキョウ（Platycodon grandiflorum）のフルクタン：フルクタンフルクトシルトランスフェラーゼについて
  
• 中学・高校におけるアミラーゼ実験へのTLCの導入についての検討
  

平成1４年度卒業論文題目

• 土壌より分離されたBacillus属の一菌株が生産する環状イヌロオリゴ糖生成酵素
  
• 土壌より分離されたコリネ型バクテリアの一菌株が生産するオリゴ糖生成型エキソイヌリナーゼについて
  
• キキョウ（Platycodon grandiflorum）のフルクタン：フルクタンフルクトシルトランスフェラーゼについて
  

平成13年度
　修士論文題目

• キキョウ（Platycodon grandiflorum）のフルクタン代謝関連酵素についての研究
  

　卒業論文題目

• 理科の学習に及ぼす新学習指導要領の影響について
  
• キキョウ（Platycodon grandiflorum）カルスの生長、分化及びイヌリン合成系の発現に対する植物ホルモンの影響について
  

平成12年度
　 修士論文題目

• 環状イヌロオリゴ糖生成酵素に関する研究−部分アミノ酸配列の決定と酵素反応の速度論的解析−
  

　卒業論文題目

• 環状イヌロオリゴ糖生成酵素の反応速度論的解析のための新規フルクトオリゴ糖基質の合成について
  
• 土壌からのレバン分解酵素生産菌のスクリーニングについて
  
• 土壌からのイヌリン資化性菌のスクリーニングについて
  

平成11年度卒業論文題目

• Bacillus circulans OKUMZ 31Bの生産する環状イヌロオリゴ糖生成酵について
  　　 ---分子量の異なる２つの分子種間の酵素化学的性質の比較---
  
• キキョウ（Platycodon grandiflorum）とヒガンバナ（Lycoris radiata)のフルクタン代謝関連酵素について
  
• 土壌からのレバン分解酵素生産菌のスクリーニングについて
  

平成10年度卒業論文題目

• 環状イヌロオリゴ糖生成酵素の分子間糖転移反応の解析
  
• 環状イヌロオリゴ糖生成酵素によるD-マンノースを受容体とした糖転移生成物について
  
• 土壌より分離した放線菌の一菌株の生産するオリゴ糖生成型レバン分解酵素について
  
• キキョウ（Platycodon grandiflorum A. CD.）の細胞培養と再分化について
  

平成9年度
　 修士論文題目

• 環状イヌロオリゴ糖生成酵素の糖転移反応に関する研究
  

平成9年度
　 卒業論文題目

• 環状イヌロオリゴ糖生成酵素のフルクトオリゴ糖に対する作用について
  
• 土壌からのイヌリン資化性菌のスクリーニング
  
• キキョウ（Platycodon grandiflorum A. CD.）の無菌栽培系と細胞培養系におけるイヌリン合成について
  

平成8年度卒業論文題目

• 環状イヌロオリゴ糖生成酵素の触媒する分子間糖転移反応の反応速度論的解析
  
• Bacillus circulans OKUMZ 31B の菌体内に存在する環状イヌロオリゴ糖分解酵素について
  
• Streptomyces sp.の生産するイヌリン分解酵素について（その1）
  
• Streptomyces sp.の生産するイヌリン分解酵素について（その2）
  

平成７年度卒業論文題目

• 環状イヌロオリゴ糖生成酵素の部分アミノ酸配列の決定と糖転移生成物の構造決定
  
• Streptomyces sp.の生産するイヌリン分解酵素について
  
• Arthrobacter ureafaciens のDFAIIIaseについて
  

　

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