特集:グリーンポリマー-酵素によるin vitro 合成・分解

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グリーンポリマー(総論)
Introduction to Green Polymers

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大島一史(生分解性プラスチック研究会　事務局長)

グリーンの用語としての今日的な意味を資源・環境への低負荷 と捉え,具体的なグリーン
ポリマーとしてバイオテクノロジー(BT)基ポリマー(BP),さらに生分解性ポリマー
(BdP)を取り上げる。 グリーンポリマーであるための要件を考え,さらにその研究開発,
および実用化動向を紹介する。


【目次】
1.　グリーンポリマーとは
1.1　BPはグリーンポリマーか
1.2　BdPはグリーンプラスチックか
2.　グリーンポリマーの研究開発および市場動向
2.1　微生物を利用するグリーンポリマー
2.2　天然物を利用するグリーンポリマー
2.3　資源穀物や未利用バイオマスを利用するグリーンポリマー
3.　市場動向




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セルロース,キチン,キトサンの酵素合成
Enzymatic Syntheses of Cellulose, Chitin and Chitosan

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牧野顕(京都大学　大学院工学研究科　材料化学専攻　博士後期課程)
大前仁(京都大学　大学院工学研究科　材料化学専攻　助手)
小林四郎(京都大学　大学院工学研究科　材料化学専攻　教授)

糖鎖を有機化学的に合成するには非常に煩雑な操作を必要とするため,酵素を用いた様々
な合成法が試みられている。本稿では,セルロース,キチンおよびキトサンのセルロース
合成酵素,ホスホリラーゼ,セルラーゼ,キチン合成酵素,キチナーゼ等を触媒とする酵
素合成について解説する。


【目次】
1.　はじめに
2.　セルロースの酵素合成
2.1　セルロースの合成酵素による合成
2.2　ホスホリラーゼによる合成
2.3　セルラーゼによる合成
2.4　合成セルロースの高次構造形成
2.5　セルロース誘導体の人工合成
2.6　変異セルラーゼによるセルロース人工合成
3.　キチン・キトサンの酵素合成
3.1　キチン合成酵素による合成
3.2　キチナーゼによる合成
3.3　キチン誘導体の人工合成
4.　おわりに




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天然リグニンの精密構造変換と酵素重合
Functionality Control and Enzymatic Polymerization of Lignin

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舩岡正光(三重大学　生物資源学部　共生環境学科　教授)
吉田孝(北見工業大学　工学部　化学システム工学科　教授)

リグニンは,樹体内においてフェノール系2次代謝物の酵素的脱水素重合により構築される
3次元ポリマーである。生態系に膨大量蓄積しているにもかかわらず,その構造,反応性の
多様性からこれまで機能的な活用システムが見出されない異色の天然素材である。本稿で
は,天然リグニンを構造可変型ポリマーへと精密に変換する新しい構造制御システムと誘
導されるリグニン系新素材(リグノフェノール)の酵素による新たな機能制御の可能性に
ついて紹介する。


【目次】
1.　はじめに
2.　機能可変型リグニン系素材の設計
2.1　天然リグニンの構造とその選択的2次機能制御
2.2　分子内機能変換素子の設計
3.　天然リグニン誘導体,リグノフェノールの酵素変換
3.1　リグノカテコールの酵素重合
3.2　リグノカテコールポリマーの構造
4.　おわりに




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酵素法による糖質系ポリマーの合成と機能
Synthesis of Carbohydrate Containing Polymer Catalyzed by Biocatalyst and its Application

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北川優(東洋紡総合研究所　コーポレート研究所　主幹)

主鎖や側鎖に糖質を含んだ線状の合成ポリマー(ここでは糖質系ポリマーと呼ぶ)は,天
然に存在する豊富なバイオマスの有効活用および生体内糖鎖の生理機能を活用した機能性
材料の開発という2つの観点から主にアプローチされている。 糖質の特定の水酸基を修飾
して糖質系ポリマーの合成を行う際,化学触媒よりも基質特異性の高い酵素触媒を用いた
方が有効である場合が多い。 今回,糖の分岐を有した糖質系ポリマーを中心に,筆者らが
行ってきた酵素を用いた重合性の糖質モノマーの合成とその化学重合により得られたポリ
マーの機能について解説する。



【目次】
1.　はじめに
2.　糖質の分岐を持つポリマー
3.　ポリビニルアルコール型糖質系ポリマー
4.　おわりに




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ポリ乳酸分解酵素と分解機構
PLA Degrading Enzyme and Degradation Mechanism

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常盤豊((独)産業技術総合研究所　生物機能工学研究部門　環境保全型物質開発・評価
研究グループ　グループリーダー)
楽隆生(グリーン・プロダクツ・ラボラトリー(有)　研究員)


【目次】
1.　はじめに
2.　ポリ乳酸の化学構造の特徴
3.　ポリ乳酸の微生物分解
4.　PLAの分解酵素と分解機構
5.　酵素を利用したポリエステルのリサイクル
6.　おわりに




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ポリアスパラギン酸分解酵素と分解機構
Enzymatic Degradation of Poly(aspartic acid) Catalyzed by its Hydrolases

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平石知裕((独)理化学研究所　前田バイオ工学研究室　研究員)
土肥義治((独)理化学研究所　理事;東京工業大学　名誉教授)

地球環境問題の観点から,大量生産・消費・廃棄のこれまでの一方通行型社会からの脱却
が必要とされ,環境に対して低負荷な物質循環システムの確立が求められている。特に,
使用後の回収が困難である水溶性材料の場合,自然環境中で分解される生分解性高分子材
料への代替が期待される。本稿では,機能性ポリアミノ酸の一種であるポリアスパラギン
酸に着目し,生分解に関与している分解酵素の構造とその機能について概説する。


【目次】
1.　はじめに
2.　ポリアスパラギン酸(PAA)の合成と構造
3.　ポリアスパラギン酸の微生物分解
4.　Sphingomonas sp. KT-1の生産するポリアスパラギン酸分解酵素(PAA hydrolase-1)
の構造と機能
5.　Sphingomonas sp. KT-1の生産するポリアスパラギン酸分解酵素(PAA hydrolase-2)
の構造と機能
6.　おわりに




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酵素法によるグリーンプラスチックの創成
Enzymatic Synthesis of Green Plastics

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松村秀一(慶應義塾大学　理工学部　応用化学科　教授)

循環型社会に寄与する高分子化学工業においては,再生可能資源の利用と共に,環境低負
荷型製造プロセスとリサイクル技術の開発,さらには生分解性プラスチックの開発が求め
られている。天然物と親和性の高い生体触媒を利用するバイオプロセスの活用は,これら
の課題に資する有力なツールとなり得る。本稿では,グリーンプラスチック創成を念頭に,
酵素法によるポリマー合成と循環型ケミカルリサイクルについて筆者らの研究を中心に紹
介する。


【目次】
1.　はじめに
2.　グリーンプラスチック創成について
3.　酵素法による高分子合成とケミカルリサイクル
4.　分子デザインによる汎用ポリマーのグリーンポリマー化
4.1　難分解性ポリマーへの生分解性およびケミカルリサイクル性への付与
4.2　ポリウレタンのグリーンポリマー化
5.　グリーンポリマーの酵素合成とケミカルリサイクル
5.1　ポリアスパラギン酸
5.2　ポリカーボネート
5.3　ポリカプロラクトン
5.4　連続酵素分解法
6.　バイオベースポリマーの酵素によるケミカルリサイクル
6.1　ポリ乳酸およびそのコポリマー
6.2　ポリ(3-ヒドロキシアルカノエート)
6.3　ポリ(アルキレンアルカノエート)
7.　おわりに



酵素関連触媒を用いるフェノール類の酸化カップリング反応
Oxidative Coupling of Phenols by Enzyme-related Catalysts

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宇山浩(大阪大学　大学院工学研究科　応用化学専攻　教授)

酵素および酵素モデル錯体を用いるフェノール類の酸化カップリングを概説する。フェノ
ール類の酵素触媒酸化重合により,ホルマリンを含まない真のフェノール樹脂が合成され
た。また,酵素関連触媒の特徴を活かした酸化カップリング反応により,人工漆,反応性
ポリフェノール,抗酸化性ポリマー,レジスト材料,高性能スーパーエンプラが開発され
た。



【目次】
1.　はじめに
2.　フェノール類の酵素触媒重合
3.　機能性ポリフェノールの酵素合成
4.　人工漆の開発
5.　酵素モデル錯体を用いるフェノール類の酸化カップリング
6.　おわりに



バイオポリエステル生合成系および加水分解酵素を活用する in vitro ポリマー合成
In vitro Biopolyester Syntheses Utilizing their Biosynthesis System or Hydrolases

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鈴木陽一(慶應義塾大学　大学院理工学研究科　特別研究助手)

本稿では,代表的な微生物産生脂肪族ポリエステルであるポリ[(R)3ヒドロキシブタン酸]
を軸に,それを含むポリヒドロキシアルカン酸(PHA)を例に挙げ,その生合成系および加
水分解酵素を活用するin vitroポリマー合成について,筆者らの酵素触媒重合法によるPHA
合成を中心に紹介する。


【目次】
1.　はじめに
2.　ポリヒドロキシアルカン酸(PHA)生合成系のin vitroへの応用
3.　酵素触媒重合法によるポリエステル合成とそのメカニズム
4.　PHB分解酵素を用いることによる酵素触媒重合メカニズムへのアプローチ
5.　おわりに



ゴムの酵素分解と活用
Enzymatic Degradation of Rubber

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榎牧子(東京海洋大学　海洋科学部　海洋環境学科　助手)
岩田忠久((独)理化学研究所　高分子化学研究室　副主任研究員)
土肥義治((独)理化学研究所　理事;東京工業大学　名誉教授)

ゴムを分解する温和な反応系の構築を目的として,酵素的ラジカル発生系である酵素・メ
ディエーターシステムを用い,汎用ゴム原料の分解を試みた。1,4-ポリイソプレンと 1,4-
ポリブタジエンの懸濁液や結晶領域を含む固体試料が分解することがわかった。


【目次】
1.　はじめに
2.　リポキシナーゼ・リノール酸系
3.　西洋わさびペルオキシターゼ・1-hydroxybenzotoriazole系
4.　結晶領域の分解
5.　おわりに



TOPICS
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バイオエネルギーの導入・普及に向けて

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柳下立夫((独)産業技術総合研究所　循環バイオマス研究ラボ　主任研究員)

二酸化炭素削減に向けて,バイオマスの利用が国内外で注目されている。日本においても,
2001年からバイオマスのエネルギー利用を積極的に推進していく環境が整備されてきた。バ
イオエネルギーは期待にこたえられるのであろうか?日本でのバイオエネルギーの利用には
多くの課題が残されている。今後,バイオエネルギーを日本に積極的に導入するためには,
海外バイオマスの利用も含めて,関連した法や支援策等の拡充も必要となっている。また,
バイオエネルギーの導入地域における住民の理解を深めていくことも重要である。


【目次】
はじめに
バイオエネルギーとは
日本のバイオエネルギー利用の変遷
日本のバイオエネルギーの現況
・栽培
・収集・運搬
・前処理,エネルギー変換,後処理
・利用
バイオエネルギーの海外戦略
おわりに



BIO R&D
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VUV マイクロ加工
Vacuum Ultra-Violet Microprocessing

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杉村博之(京都大学　大学院工学研究科　材料工学専攻　教授)
穂積篤((独)産業技術総合研究所　先進製造プロセス研究部門　主任研究員)

真空紫外領域に発光波長をもつXeエキシマランプを用いた,有機分子材料の表面改質/微
細加工について紹介する。試料表面を光励起するだけでなく,酸素雰囲気下で光照射する
ことで雰囲気酸素分子を励起し,原子状酸素を含む活性酸素種を試料表面近傍で発生させ,
その酸化力を援用して試料表面をより高速に酸化する酸素増感効果により,有機単分子膜
・高分子材料の表面改質とマイクロパターニングとを同時に行う。作製したマイクロパタ
ーン構造をテンプレートに,タンパク等の生体機能分子のマイクロアレイ化が可能であり,
バイオテクノロジー分野への応用が期待される。


【目次】
1.　はじめに
2.　真空紫外光とその特徴
3.　有機単分子膜のVUVリソグラフィ
4.　有機高分子材料のVUVマイクロ加工
5.　VUV露光システム
6.　おわりに




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イオン液体等を用いるタンパク質の熱的安定性の改善
Improvement of Thermal Stability of Proteins with Ionic Liquids

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中村暢文(東京農工大学　大学院共生科学技術研究部　ナノ未来科学研究拠点　助教授)
大野弘幸(東京農工大学　大学院共生科学技術研究部　ナノ未来科学研究拠点　教授)

酵素やタンパク質の熱的安定性の向上は,バイオデバイス開発において最重要課題のひと
つである。本稿では,水溶液のかわりにイオン液体やポリエチレンオキシドなどを溶媒と
して用いることによって,水の沸点を超える約 130℃という高い温度でもタンパク質の構
造・機能を維持できるという筆者らの研究成果について紹介する。


【目次】
1.　はじめに
2.　タンパク質と水
3.　タンパク質の化学修飾
4.　PEO中でのタンパク質の熱的安定性の改善
4.1　PEO修飾ヘモグロビン・ミオグロビン
4.2　PEO修飾シトクロムP450
5.　イオン液体中のタンパク質の熱的安定性の改善
6.　おわりに