メタノールを効率よくエネルギー変換する酵素の立体構造を解明

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2026-04-30 筑波大学

筑波大学、岐阜大学、理化学研究所などの研究グループは、メタノールをエネルギー源とする酵母 Ogataea methanolica における重要酵素アルコールオキシダーゼ(AOD)の立体構造を、クライオ電子顕微鏡で高精度に解明した。類似した構造を持つ複数のAODについて比較した結果、補酵素の結合様式や周囲のアミノ酸配置、外周構造の違いが、酵素の安定性や電子伝達効率に影響し、機能差を生むことが明らかとなった。これにより、環境条件に応じて異なるAODが役割分担し、効率的なメタノール代謝を実現する仕組みが示唆された。本成果は、メタノール資源化やカーボンニュートラルに向けた高効率酵素設計やバイオプロセス開発への応用が期待される。

メタノールを効率よくエネルギー変換する酵素の立体構造を解明

メタノールをエネルギー源として利用する酵母において重要な役割を担う酵素の立体構造を、クライオ電子顕微鏡を用いて高精度で解明しました。その結果、よく似た構造の2種類の酵素が環境に応じて異なる働きをする仕組みが明らかとなりました。

<関連情報>

Ogataea methanolica 由来アルコールオキシダーゼのクライオ電⼦顕微鏡構造による補酵素の多様性および酵素活性決定機構の解明 Cryo-EM Structures of Alcohol Oxidase Isozymes Reveal Structural Determinants of Cofactor Variation and Enzymatic Activity in Ogataea methanolica

Hao-Liang Cai, Atsuhiro Shimada, Tasuku Hamaguchi, Akira Mizoguchi, Koji Yonekura, Kyohei Tsuchiyama, Masaya Shimada, Akio Ebihara, Kazutoshi Tani, Tomoyuki Nakagawa
Microbial Biotechnology  Published: 18 April 2026
DOI:https://doi.org/10.1111/1751-7915.70355

ABSTRACT

Ogataea methanolica is a methylotrophic yeast that can produce diverse recombinant proteins using methanol as the sole carbon and energy source. Unlike most yeast species, which possess a single alcohol oxidase, O. methanolica encodes two isoenzymes, Mod1p and Mod2p. This study examines the structural and functional differences between Mod1p and Mod2p homooctamers. Both enzymes were purified from MOD-disrupted strains and analysed using cryogenic electron microscopy, achieving resolutions of 1.9 and 2.7 Å for Mod1p and Mod2p, respectively. The two isozymes assemble as tetramers of dimers stabilized by extensive intersubunit interactions, largely mediated by protruding loop regions and C-terminal extensions. Despite overall structural similarities, Mod1p and Mod2p exhibit subtle differences in surface charge distribution and sequence composition within the FAD-binding domain. These variations correlate with distinct cofactor preferences, with Mod1p binding arabityl FAD and Mod2p binding canonical FAD. Thin-section electron microscopy further revealed that Mod1p and Mod2p form both homomeric and hybrid octamers that assemble into peroxisomal crystalloids essential for methanol metabolism. Collectively, our findings provide mechanistic insight into alcohol oxidase diversity in methylotrophic yeasts, advancing our understanding of methanol utilization and its applications in biotechnology.

生物化学工学
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