バジルの風味が出る仕組み

2007 年 10 月 3 日

バジルの風味が出る仕組み

2007 年 10 月 3 日

カリフォルニア州ラホーヤ – 新鮮なバジルの葉に特徴的な暖かく甘い香りを与える芳香性エッセンシャルオイルのブレンドはよく特徴付けられていますが、悪臭のある混合物を製造する酵素機械についてはあまり知られていません。 ソーク生物学研究所とミシガン大学の研究者たちは、自分たちの鼻をたどり、分子パズルの一部を解きました。

彼らの研究はジャーナルの4月XNUMX日号に掲載されました PLoSのONEは、バジルのオイゲノール合成酵素が、クローブやシナモンを思わせるバジルのスパイシーな香りの原因となる芳香分子であるオイゲノールを生成する途中で凍結させた酵素の XNUMX 次元スナップショットを示しています。

「この特定の酵素は、私たちが『家庭内反応』と呼ぶものを実行する酵素の大きなファミリーに属しているため、非常に興味深いものですが、進化的選択によって追加の完全に新しい機能を獲得しました」とハワード・ヒューズ医学研究所の研究者は言う ジョセフ・P・ノエル、博士、ケミカルバイオロジーおよびプロテオミクスのジャック・H・スカーボールセンター所長であり、研究を主導した。

「オイゲノール合成酵素は、木材を作るために通常使用される基本的な構成要素を取り込み、それを木材とはほぼ正反対のもの、つまり空気中に容易に漂い、非常に芳香があり、抗菌性と鎮痛性を備えた揮発性分子に変えます。」ノエルは驚く。

伝統的に、植物生物学は遺伝学的アプローチに焦点を当ててきましたが、特に自然食品運動が天然植物化学物質の健康増進および薬効への新たな関心を引き起こしたため、近年植物生化学は一種のルネサンスを迎えています。

「植物遺伝学は重要な機能を持つ多くの遺伝子を明らかにしましたが、最終的にはこれらのシステムが生化学レベルでどのように機能するかを理解する必要があります」とノエルは指摘します。 「私たちはこれらすべての化学物質を食事の一部として摂取していますが、その中には非常に有益なものもあり、食べ物を保存し、味蕾や鼻に非常に興味深い味や香りを与えてくれるものもありますが、中には有毒なものもあります。」

植物は、生物活性のある揮発性化学物質の複雑なセットに依存しており、これらの化学物質は、外界と通信し、相互作用するためにそれらを生成する細胞の膜を通って容易に拡散します。 これらの多くの場合芳香性があり、高度に特殊化された化合物は花粉媒介者を誘惑し、病原体、細菌、葉を食べる動物などを同様に撃退します。

古代以来、人類は食品を保存したり風味付けするために、特定の二次代謝産物（スパイスとしてよく知られている）が豊富な植物の抗菌特性と心地よい香りと風味の両方を利用してきました。 オイゲノールが豊富なクローブの食品保存と鎮痛特性は、フェルディナンド・マゼランやクリストファー・コロンブスのような探検家を魅了し、当時クローブの唯一の供給源であった極東への新たなルートを求めて海を越えました。 コロンブスはインドには到達しませんでしたが、アメリカ大陸を発見し、偶然にも、密接に関連した化学物質イソオイゲノールを含む新しいスパイス、オールスパイスの原料を発見しました。

同じくノエル博士とミシガン大学植物生化学教授エラン・ピチェルスキー率いる共同チームによって行われた以前の研究では、樹木の「木質」成分である植物ポリマーリグニンの生合成前駆体からオイゲノールとイソオイゲノールを合成する酵素が、特定されました。 しかし、酵素が分子レベルでどのようにその役割を果たしたのかは不明のままだった。

X線結晶構造解析と、ノエル研究室の上級スタッフ化学者トーマス・J・バイガが特注した少量の化学物質の助けを借りて、研究チームはバジルオイゲノールシンターゼを反応途中でロックし、詳細な三次元構造を捕捉することができた。酵素とその基質およびビタミン補因子との相互作用の図。

「この酵素は、XNUMX つの異なるステップを含む珍しいメカニズムを利用しています」と HHMI 研究専門家で筆頭著者のゴードン V. ルイ博士は説明します。 「植物の進化過程における自然選択後の基質結合部位の微妙な変化により、協調したプッシュプル機構を通じて反応性中間体を形成する能力が追加され、これにより多くの進化論者が行ってきた古典的な還元反応である第二化学段階が促進される」オイゲノール合成酵素の親戚です。」

ノエル、ピチェルスキー、および彼らの研究チームの次のステップは、オイゲノール合成酵素と、さまざまな植物からオイゲノールに類似した天然化学物質を生成する密接に関連した合成酵素を比較することになるでしょう。 「これにより、過去に遡って、これらのシステムがどのように誕生し、現在どのように使用されているかを確認することができます。」

これらすべての二次代謝産物を作るために植物が使用する生合成経路を理解することは、ノエル・ピチェルスキー研究チームや他の研究者が、私たちの食事の一部である植物の風味と栄養の質を改善するのに役立つ可能性があります。 天然の香りをいじることができれば、消えつつあるバラの香りを復活させたり、香水業界向けに新しい香りを生み出したりできる可能性があります。 しかし、香り工学には人間の鼻を喜ばせるだけではない可能性があります。 新しい花粉媒介者や、寄生蜂などの自然の害虫駆除業者を商業的に栽培された植物に呼び寄せることで、作物の収量が増加する可能性がある。

この研究にも貢献した研究者には、ジャック・H・スカーボールセンター所属の研究室マネージャーのマリアンヌ・E・ボウマン氏、大学院生のジョン・H・テイラー氏、学部生のスネジナ・M・スパソヴァ氏、博士研究員の小枝貴雄博士が含まれる。 ミシガン州アナーバーのミシガン大学で。

この研究は、Eran Pichersky への National Science Foundation 助成金 0331353、0312466、および 0718152、Joseph P. Noel への 0236027 および 0718064 によって資金提供されました。

カリフォルニア州ラホーヤにあるソーク生物学研究所は、生命科学における基礎的な発見、人間の健康の改善、次世代の研究者の育成に専念する独立非営利団体です。 ジョナス・ソーク医師は、1955 年にポリオ ワクチンによって難病のポリオをほぼ根絶しましたが、サンディエゴ市からの土地の贈与とマーチ オブ ダイムズの資金援助を受けて 1965 年に研究所を設立しました。