バイオマス分解酵素研究の最前線 :セルラーゼ・ヘミセルラーゼを中心として
シーエムシー出版/2012.3.
当館請求記号:RA84-J13
分類:技術動向
目次
目次
-
序章
-
1セルラーゼ研究,古くから現在へ1
-
-
1.1はじめに1
-
-
-
1.2セルラーゼ研究の推移1
-
-
-
1.3セルラーゼ研究の流れの中で興味ある話題2
-
-
-
1.4おわりに5
-
-
2バイオマス分解酵素研究の新たな展開6
-
-
2.1はじめに―加速するバイオリファイナリー研究―6
-
-
-
2.2バイオリファイナリーに資するバイオマス分解酵素研究7
-
-
-
2.3プロセス統合化のためのバイオマス分解微生物の利用8
-
-
-
2.4おわりに8
-
-
【第1編】多様なセルラーゼ・ヘミセルラーゼ
-
-
第1章糸状菌・担子菌の酵素
-
-
1Trichoderma reesei10
-
-
1.1はじめに10
-
-
-
1.2T.reeseiセルラーゼの種類と機能11
-
-
-
1.3T.reeseiセルラーゼ遺伝子とその発現調節14
-
-
-
1.4バイオマス分解用高機能T.reeseiセルラーゼの創成16
-
-
-
-
2糸状菌Trichoderma reeseiにおけるセルラーゼ・ヘミセルラーゼ遺伝子発現機構20
-
-
2.1セルロース分解性糸状菌Trichoderma reesei20
-
-
-
2.2T.reeseiにおけるセルラーゼ・ヘミセルラーゼの生産機構20
-
-
-
2.3T.reeseiにおけるセルラーゼ・ヘミセルラーゼ遺伝子の転写調節因子21
-
-
-
2.4T.reeseiにおけるセルラーゼ・キシラナーゼ遺伝子の誘導発現モデル24
-
-
-
-
3Aspergillus aculeatusのセルラーゼ系27
-
-
3.1Aspergillus aculeatusのセルラーゼとその利用27
-
-
-
3.2Aspergtllus aculeatusのセルラーゼ遺伝子30
-
-
-
-
4Acrernonium cellulolyticus34
-
-
4.1はじめに34
-
-
-
4.2A.cellulolyticus糖化酵素による植物バイオマスの糖化特性34
-
-
-
4.3A.cellulolyticusのゲノム解析および遺伝子操作技術36
-
-
-
4.4おわりに36
-
-
-
-
5担子菌(Irpex lacteus)のセルラーゼ38
-
-
5.1バイオマス分解酵素生産菌としての魅力38
-
-
-
5.2CBH Iタイプのセルラーゼ40
-
-
-
5.3CBH IIタイプのセルラーゼ41
-
-
-
5.4エンド型セルラーゼ41
-
-
-
5.5β-グルコシダーゼとセロビオース脱水素酵素42
-
-
-
-
-
第2章菌類の酵素
-
-
1好熱嫌気性細菌Clostridium thermocellumが生産するセルロソーム―その特徴と高活性セルロソーム開発44
-
-
1.1はじめに44
-
-
-
1.2Clostridium thermocellumのセルロソームの特徴45
-
-
-
1.3高活性Clostridium thermocellum S14株の分離と特性46
-
-
-
1.4セルラーゼ酵素複合体を生産する好熱嫌気性好アルカリ性細菌の分離48
-
-
-
1.5おわりに48
-
-
-
-
2Clostridium属細菌(中温菌)50
-
-
2.1はじめに50
-
-
-
2.2セルロソーム50
-
-
-
2.3セルロソームとノンセルロソームの相乗効果51
-
-
-
2.4セルロソーム生産性中温菌Clostridium属のゲノム解析52
-
-
-
2.5おわりに54
-
-
-
-
3耐熱性菌―超耐熱性セルラーゼー56
-
-
3.1はじめに56
-
-
-
3.2超耐熱性セルラーゼ酵素の発見56
-
-
-
3.3超耐熱性エンド型セルラーゼの産業応用57
-
-
-
3.4超耐熱性セルラーゼの構造機能解析58
-
-
-
3.5今度の展開60
-
-
-
-
4放線菌62
-
-
4.1放線菌のセルロース分解酵素系62
-
-
-
4.2放線菌のヘミセルラーゼ64
-
-
-
-
-
第3章植物由来の細胞壁分解酵素
-
-
1はじめに67
-
-
-
2植物細胞壁の構造67
-
-
-
3植物成長に関与する細胞壁分解酵素67
-
-
-
4セルロース生合成に関与する細胞壁分解酵素69
-
-
-
5防御応答に関与している細胞壁分解酵素69
-
-
-
6果実の熟成および軟化に関与する細胞壁分解酵素70
-
-
-
7セルロース系バイオマスの利用において70
-
-
-
-
第4章昆虫の酵素(ゴキブリ,シロアリ,カミキリムシなど)
-
-
1はじめに72
-
-
-
2GH9エンドグルカナーゼ73
-
-
2.1昆虫由来GH9 EGのリコンビナント生産73
-
-
-
-
3昆虫由来GH5 EG74
-
-
-
4昆虫由来GH45 EG75
-
-
-
5GH48に属する昆虫由来酵素75
-
-
-
6GH28に属する昆虫由来酵素76
-
-
-
7β-グルコシダーゼ76
-
-
7.1昆虫由来GH1 BGL76
-
-
-
7.2昆虫由来GH3酵素76
-
-
-
7.3昆虫由来BGLのリコンビナント発現生産と特性77
-
-
-
-
8昆虫の消化性共生微生物のセルラーゼ77
-
-
-
9今後の昆虫セルラーゼ研究77
-
-
-
-
第5章動物の酵素
-
-
1ルーメンからの酵素79
-
-
1.1ルーメンセルロース・ヘミセルロース分解菌79
-
-
-
1.2アンモニアストリッピングとR.flavefaciensによるセルロース・ヘミセルロースの分解モデル81
-
-
-
-
2水生生物のセルラーゼとヘミセルラーゼ84
-
-
2.1緒論84
-
-
-
2.2外源性と内源性のセルラーゼ85
-
-
-
2.3外源性と内源性のヘミセルラーゼ88
-
-
-
2.4まとめ88
-
-
-
-
-
第6章環境遺伝子の網羅的解析と植物バイオマス分解酵素
-
-
1はじめに92
-
-
-
2メタゲノム解析の方法92
-
-
-
3メタゲノム解析によって網羅的に取得された配列群93
-
-
-
4メタトランスクリプトーム解析―シロアリ共生微生物の解析例の紹介―94
-
-
-
5課題と展望95
-
-
-
【第2編】関連酵素
-
-
第7章リグニン分解酵素
-
-
1白色腐朽菌によるリグニン分解98
-
-
-
2リグニン分解酵素98
-
-
2.1リグニンペルオキシダーゼ92
-
-
-
2.2バーサタイルペルオキシダーゼ(VP)101
-
-
-
2.3マンガンペルオキシダーゼ102
-
-
-
2.4ラッカーゼ103
-
-
-
-
3リグニン分解に関与する担子菌の多様な酵素104
-
-
-
-
第8章セルロース膨潤タンパク質
-
-
1植物細胞壁のゆるみを誘導するエクスパンシン108
-
-
-
2エクスパンシンの多様性108
-
-
-
3遺伝子情報を用いたエクスパンシンの探索109
-
-
-
4エクスパンシンによる細胞壁糖鎖の分解促進作用110
-
-
-
5糖化へのエクスパンシン利用112
-
-
-
【第3編】セルラーゼの構造・機能
-
-
第9章セルラーゼ活性測定の標準化
-
-
1はじめに114
-
-
-
2還元糖定量法の標準化114
-
-
-
3タンパク質の定量法116
-
-
-
4酵素活性・糖化能測定法117
-
-
4.1FPU活性測定法117
-
-
-
4.2CMCase活性測定法117
-
-
-
4.3β-Glucosidase活性測定法118
-
-
-
4.4Avicelase活性測定法119
-
-
-
4.5Xylanase活性測定法119
-
-
-
4.6β-Xylosidase活性測定法120
-
-
-
4.7バイオマス酵素糖化能測定法120
-
-
-
-
5おわりに122
-
-
-
-
第10章セルラーゼの立体構造と作用機作
-
-
1セルラーゼの立体構造124
-
-
1.1GHファミリー5(GH5)129
-
-
-
1.2GHファミリー6(GH6)130
-
-
-
1.3GHファミリー7(GH7)130
-
-
-
1.4GHファミリー8(GH8)130
-
-
-
1.5GHファミリー9(GH9)131
-
-
-
1.6GHファミリー12(GH12)131
-
-
-
1.7GHファミリー44(GH44)31
-
-
-
1.8GHファミリー45(GH45)132
-
-
-
1.9GHファミリー48(GH48)132
-
-
-
1.10GHファミリー61(GH61)132
-
-
-
1.11GHファミリー124(GH124)132
-
-
-
-
2セルラーゼとリグノセルロースの分子間相互作用135
-
-
2.1はじめに135
-
-
-
2.2リグニンによるセルラーゼの阻害135
-
-
-
2.3リグニンへの吸着性を支配する酵素の構造137
-
-
-
2.4セルラーゼのリグノセルロースへの非生産的な吸着を軽減する添加剤138
-
-
-
2.5CBMの基質認識と前処理バイオマス表層糖鎖解析への応用140
-
-
-
2.6おわりに141
-
-
-
-
3セルラーゼのプロセッシブ性と構造の相関143
-
-
3.1はじめに143
-
-
-
3.2セロビオヒドロラーゼはなぜセルロースをセロビオースで切り出すのか?143
-
-
-
3.3セルラーゼの構造がプロセッシビテイに与える影響144
-
-
-
3.4エンド型-エキソ型とプロセッシビティの違い146
-
-
-
3.5セルロース基質がエンド型-エキソ型,プロセッシビティに与える影響146
-
-
-
3.6おわりに148
-
-
-
-
4セルラーゼの反応機構150
-
-
4.1標準的な反応機構150
-
-
-
4.2GHファミリーと反応機構の対応151
-
-
-
4.3例外的な反応機構152
-
-
-
4.4基質の歪み153
-
-
-
-
-
第11章セロビオヒドロラーゼ糖結合性モジュールのドッキング解析
-
-
1はじめに155
-
-
-
2セルロース結晶面に対するCBMの結合様式155
-
-
-
3セルロース結晶表面認識に関わるアミノ酸残基158
-
-
-
4おわりに158
-
-
-
-
第12章セルラーゼによる分解程度を指標とした基質構造のハイスループット分析
-
-
1はじめに160
-
-
-
2近赤外分光法と多変量解析160
-
-
-
3前処理残渣による検量モデルの構築162
-
-
-
4前処理濾液による検量モデルの構築163
-
-
-
5展望164
-
-
-
-
第13章セルロース合成における分解酵素の役割
-
-
1はじめに165
-
-
-
2バクテリアにおけるセルロース合成酵素選伝子と合成酵素複合体(TC)165
-
-
-
3バクテリア由来エンドグルカナーゼの立体構造166
-
-
-
4セルロース合成における分解酵素の機能167
-
-
-
5おわりに169
-
-
-
【第4編】ヘミセルラーゼの構造・機能
-
-
第14章ヘミセルラーゼの立体構造
-
-
1キシラナーゼの立体構造170
-
-
-
2α-L-アラビノフラノシダーゼの立体構造175
-
-
-
3α-グルクロニダーゼの立体構造177
-
-
-
-
第15章ヘミセルラーゼの作用機作
-
-
1はじめに180
-
-
-
2キシランの構造180
-
-
2.1グルクロノキシラン(O-アセチル-4-O-メチルグルクロノキシラン)181
-
-
-
2.2アラビノグルクロノキシラン(アラビノ-4-O-メチルグルクロノキシラン)181
-
-
-
2.3アラビノキシラン181
-
-
-
-
3キシラン分解酵素181
-
-
3.1エンド-β-1, 4-キシラナーゼ(EC 3.2.1.8)181
-
-
-
3.2β-キシロシダーゼ(EC 3.2.1.37)182
-
-
-
3.3α-L-アラビノフラノシダーゼ(EC 3.2.1.55)183
-
-
-
3.4フェルラ酸エステラーゼ(EC 3.1.1.73)183
-
-
-
3.5α-D-グルクロニダーゼ(EC 3.2.1.139)183
-
-
-
3.6アセチルキシランエステラーゼ(EC 3.1.1.72)184
-
-
-
-
4キシログルカン(XG)の構造184
-
-
-
5XG分解酵素185
-
-
5.1XG特異的エンド-β-1, 4-グルカナーゼ(キシログルカナーゼ;EC 3.2.1.151)185
-
-
-
5.2オリゴXG還元末端特異的セロビオヒドロラーゼ(EC 3.2.1.150)185
-
-
-
5.3オリゴXG特異的イソプリメベロース生成酵素(EC 3.2.1.120)185
-
-
-
5.4その他185
-
-
-
-
6マンナンの構造186
-
-
6.1直鎖マンナン186
-
-
-
6.2グルコマンナン186
-
-
-
6.3ガラクトマンナン186
-
-
-
6.4ガラクトグルコマンナン187
-
-
-
-
7マンナン分解酵素187
-
-
7.1エンド-β-1, 4-マンナナーゼ(EC 3.2.1.78)187
-
-
-
7.2β-マンノシダーゼ(EC 3.2.1.25)187
-
-
-
7.3β-グルコシダーゼ(EC 3.2.1.21)187
-
-
-
7.4α-ガラクトシダーゼ(EC 3.2.1.22)188
-
-
-
7.5アセチル(ガラクト)グルコマンナンエステラーゼ(EC 3.1.1.6)188
-
-
-
-
8おわりに188
-
-
-
【第5編】セルラーゼの高機能化
-
-
第16章人工セルロソームの構築と酵母での発現
-
-
1はじめに―人工セルロソーム構築のための分子生物学的基盤190
-
-
-
2人工セルロソームの構築191
-
-
-
3人工セルロソームの酵母への導入192
-
-
3.1Aga1-Aga2システムによる酵母表層上での骨格タンパク質の発現193
-
-
-
3.2酵母表層での骨格タンパク質と酵素の複合体形成193
-
-
-
-
4おわりに194
-
-
-
-
第17章無細胞合成系を用いたセルラーゼの高機能化
-
-
1はじめに196
-
-
-
2無細胞系の最適化によるセルラーゼの活性型での生産196
-
-
-
3無細胞合成系によるセルラーゼの高機能化197
-
-
3.1改良型SIMPLEX法による分解活性の向上198
-
-
-
3.2アラニンスキャニングを利用した活性中心の最適化199
-
-
-
3.3有利変異の相加200
-
-
-
-
4おわりに201
-
-
-
-
第18章細胞表層工学を利用した最適なセルラーゼカクテルの構築
-
-
1はじめに202
-
-
-
2バイオエタノールの現状202
-
-
2.1セルラーゼによるセルロースの分解203
-
-
-
2.2セルラーゼ提示酵母によるセルロースからの発酵203
-
-
-
2.3セルラーゼカクテルの選抜204
-
-
-
-
3おわりに206
-
-
-
-
第19章モジュール再編成によるセルラーゼの高機能化
-
-
1はじめに208
-
-
-
2固相基質分解酵素の構造的特徴208
-
-
-
3モジュール単位での直接融合による組換え蛋白質設計209
-
-
-
4コヘシンードッケリン相互作用を利用したセルラーゼ連結210
-
-
-
5ビオチンーアビジン相互作用を利用したセルラーゼ連結212
-
-
-
6ナノ材を骨格としたセルラーゼ連結212
-
-
-
7おわりに214
-
-
-
【第6編】セルラーゼ・ヘミセルラーゼの大量生産
-
-
第20章セルラーゼ高生産糸状菌 Trichoderma reesei日本型系統菌株の開発
-
-
1TrichOderma reesei日本型系統樹進化への転写調節因子の関与216
-
-
1.1日本型系統樹の比較ゲノム解析216
-
-
-
1.2日本型系統樹の進化とは?219
-
-
-
-
2日本型系統菌株のさらなる進化220
-
-
2.1最適比率での酵素生産技術開発220
-
-
-
2.2日本独自の最適比率での酵素生産技術開発(マイナープロモーターの利用)221
-
-
-
-
-
第21章Acremonium cellulolticus由来糖質分解酵素の工業化検討
-
-
1はじめに224
-
-
-
2菌株育種による生産性向上検討224
-
-
-
3培地・培養条件の最適化による生産性向上について226
-
-
-
-
第22章Bacillus
-
-
1はじめに227
-
-
-
2枯草菌ゲノムの改変技術227
-
-
-
3枯草菌宿主の改良228
-
-
3.1枯草菌遺伝子の機能性評価228
-
-
-
3.2宿主ゲノムの縮小化による酵素高生産化229
-
-
-
-
4枯草菌の酵素高生産化技術229
-
-
4.1アミノ酸代謝系の制御によるセルラーゼ高生産化229
-
-
-
4.2分泌装置の改良によるセルラーゼ高生産化229
-
-
-
4.3細胞膜・壁の人工改変によるセルラーゼ高生産化230
-
-
-
-
5ゲノム縮小株への技術統合による高機能化231
-
-
-
【第7編】バイオマス利用分野への展開
-
-
第23章バイオマス酵素糖化反応の解析
-
-
1はじめに233
-
-
-
2標準前処理標品の調製233
-
-
-
3市販セルラーゼの特性235
-
-
-
4前処理物の糖化パターン236
-
-
-
5成分酵素の糖化における役割237
-
-
-
6酵素コスト低減と頭打ち現象239
-
-
-
7おわりに241
-
-
-
-
第24章機械的前処理バイオマスの酵素分解
-
-
1はじめに242
-
-
-
2微粉砕による前処理242
-
-
-
3前処理バイオマスの酵素糖化244
-
-
-
4おわりに246
-
-
-
-
第25章セルロソームの回収・再利用法の開発
-
-
1はじめに247
-
-
-
2セルロソームについて248
-
-
-
3セルロソーム回収・再利用249
-
-
3.1回収することの優位性249
-
-
-
3.2セルロソームの回収249
-
-
-
3.3セルロソームの回収・再利用251
-
-
-
-
4まとめ・今後の展望251
-
-
-
-
第26章セルラーゼ回収・再利用によるエタノール発酵の高効率化
-
-
1はじめに253
-
-
-
2バイオマスの糖化プロセス254
-
-
-
3まとめ258
-
-
-
-
第27章再生セルロースの酵素分解
-
-
1はじめに259
-
-
-
2再生セルロースとは260
-
-
-
3セルラーゼによるセルロースIIの酵素分解特性260
-
-
-
4イオン液体処理により得られる再生セルロースの酵素分解262
-
-
-
-
第28章セルラーゼ細胞表層提示酵母を用いたバイオマス変換
-
-
1はじめに265
-
-
-
2統合型バイオプロセスによるエタノール生産265
-
-
-
3統合型バイオエタノール生産を実現する細胞表層提示技術267
-
-
-
4セルラーゼ細胞表層提示酵母を用いたセルロースからの統合型バイオエタノール生産267
-
-
-
5セルラーゼ細胞表層提示割合最適化法の開発269
-
-
-
6おわりに270
-
-
-
-
第29章リグニン分解酵素表層提示酵母を用いたバイオマス変換
-
-
1はじめに272
-
-
-
2細胞表層提示酵母を用いた前処理の利点と可能性273
-
-
-
3ラッカーゼI提示酵母を用いたバイオマスの前処理274
-
-
3.1ラッカーゼI提示酵母の構築274
-
-
-
3.2ラッカーゼI提示酵母による稲わらの前処理&セルラーゼ提示酵母による糖化・発酵275
-
-
-
-
4おわりに275
-
-
-
-
第30章セルラーゼによるセルロースのナノファイバー化
-
-
1はじめに278
-
-
-
2従来のセルロースナノファイバー製造法278
-
-
-
3酵素加水分解によるセルロースの微細化279
-
-
3.1Trichoderma CBH I(Cel7A)の作用で見られる微細化279
-
-
-
3.2Trichoderma CBH I(Cel7A)のCBMの作用で見られる微細化282
-
-
-
3.3エンドグルカナーゼと物理的破壊の同時併用処理による微細化282
-
-
-
-
-
第31章ペーパースラッジを原料としたセルラーゼの生産とペーパースラッジのバイオエタノールへの変換
-
-
1はじめに285
-
-
-
2PSとは285
-
-
-
3未処理PSを用いたセルラーゼの生産285
-
-
-
4PS由来のセルラーゼを用いたPSの糖化287
-
-
-
5PS由来のセルラーゼを用いたPSの同時糖化・発酵によるエタノールの生産288
-
-
5.1PSのSHFによるエタノール生産288
-
-
-
5.2PSの同時糖化・発酵によるエタノールの生産289
-
-
-
5.3PSの同時糖化・発酵によるエタノールの生産向上289
-
-
-
-
6おわりに290
-
-
-
【第8編】修飾酵素としての応用展開
-
-
第32章洗剤への応用
-
-
1はじめに293
-
-
-
2洗剤用アルカリセルラーゼの開発293
-
-
-
3高機能セルラーゼ開発と構造機能解析295
-
-
-
4洗剤用セルラーゼの状況と今後の展望295
-
-
-
-
第33章繊維業界でのセルラーゼの利用
-
-
1はじめに298
-
-
-
2デニムの洗い加工へのセルラーゼの応用(バイオウォッシュ加工)298
-
-
-
3天然セルロース系繊維加工へのセルラーゼの応用300
-
-
3.1セルラーゼの精錬工程への応用(バイオ精錬)300
-
-
-
3.2セルラーゼの仕上げ加工への応用(バイオフィニッシュ加工)300
-
-
-
-
-
第34章紙パルプへの応用
-
-
1はじめに302
-
-
-
2濾水性向上による,リサイクルパルブの乾燥費用削減302
-
-
-
3クラフトパルプの叩解エネルギー削減302
-
-
-
4脱インク304
-
-
-
5クラフトパルプの漂白促進304
-
-
-
6漂白ユーカリクラフトパルブの黄変防止305
-
-
-
-
第35章食品への応用
-
-
1はじめに306
-
-
-
2醸造307
-
-
2.1ビール307
-
-
-
2.2ワイン307
-
-
-
-
3果汁・野菜加工307
-
-
-
4製パン308
-
-
-
5最近動向309
-
-
5.1高齢者・介護用食品製造309
-
-
-
5.2香気前駆体(配糖体)の分解による茶,ワインの香気増強とイソフラボンの効率的アグリコン化310
-
-
-
5.3農産物からの食品生産の効率化と食品廃棄物の減量化310
-
-
-
MOKUJI分類:技術動向