ヘムタンパク質のヘムポケットを配位空間に利用した新しい機能性触媒の開拓

• Project/Area Number: 18033035
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 林 高史 Osaka University, 大学院・工学研究科, 教授 (20222226)
• Project Period (FY): 2006 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,900,000); Fiscal Year 2007: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000); Fiscal Year 2006: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
• Keywords: ミオグロビン / 西洋ワサビペルオキシダーゼ / 酸化反応 / ヘム / ポルフィセン / コロール / 配位空間 / 西洋わさびペルオキシダーゼ

Research Abstract

本申請研究では、ヘムタンパク質のヘムポケットをユニークなナノ配位空間と位置づけて、この柔軟かつ緻密な天然の配位空間内に新しい金属錯体を構築し、得られた生体金属分子について、その錯体物性の制御、反応活性種の形成、さらには人工金属酵素としての応用を図ることを主目的としている。具体的には、本年度もアポ化した(天然のヘムを除去した)タンパク質に対して、反応性に優れた人工ヘムをヘムポケットに挿入することにより、天然を凌駕する酸化酵素の構築を以下のように行った。
1.ヘムオキシゲナーゼの基質ポケットに、分解しない安定な非天然ヘムである鉄ポルフィセンを挿入し、新しい酸化触媒を構築した。さらに、アポ西洋ワサビペルオキシダーゼ(HRP)中にも鉄ポルフィセンを挿入し、鉄ポルフィセンでは、初めて2電子酸化等量のFe(IV)ポルフィセンラジカル種をESRスペクトルで捉えた。またこの再構成HRPは、天然の酵素を凌駕する活性を示した。
2.亜鉛ミオグロビンのタンパク質表面にアニオンドメインを導入し、電子メディエーターのビオロゲンをもちい、光増感剤として利用することを検討した。特に、モノカチオン種のビオロゲン類縁体をメディエーターとして用いることにより、光誘起電子移動後の電荷分離状態の寿命が長くなることが明らかになった。この知見をもとにさらに、系中に白金コロイドを添加し、犠牲試薬としてトリエタノールアミン存在下、効率の良い水素発生系の構築が実現した。

Research Products

• [Journal Article] Effect of Peripheral Trifluoromethyl Groups in Artifical Iron Porphycene Cofactor on Ligand Binding Properties of Myoglobin (2008)
  • Author(s): T., Matsuo
  • Journal Title: J. Inorg. Biochem. 102 Pages: 166-173
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Isolable Iron(II)-Porphycene Derivative Stabilized by Introduction of Trifluoromethyl Groups on the Ligand Framework (2008)
  • Author(s): K., Ito
  • Journal Title: Bull. Chem. Soc. Jpn. 81 Pages: 76-83
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evaluation of the Functional Role of the Heme-6-propionate Side Chain in Cytochrome P450cam (2008)
  • Author(s): K., Harada
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. 130 Pages: 432-433
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Porphyrinoid Chemistry in Hemoprotein Matrix: Detection and Reactivities of Iron(IV)-Oxo Species of Porphycene Incorporated into Horseradish Peroxidase (2007)
  • Author(s): T., Matsuo
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. 129 Pages: 12906-12907
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Structural Isomer of Nonaromatic Porphyrin: Preparation of 20π-Conjugated Porphycene Based on Electronic Perturbation (2007)
  • Author(s): T., Matsuo
  • Journal Title: Org. Lett. 9 Pages: 5303-5306
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Supramolecular Hemoprotein Linear Assembly by Successive Interprotein Heme-heme PocketInteractions (2007)
  • Author(s): H., Kitagishi
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. 129 Pages: 12906-12907
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structure and Ligand Binding Properties of Myoglobins Reconstituted with Monodepropionated Heme: Functional Role of Each Heme Propionate Side Chain (2007)
  • Author(s): K., Harada
  • Journal Title: Biochemistry 46 Pages: 9406-9416
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal Structure and Peroxidase Activity of Myoglobin Reconstituted with Iron Porphycene (2006)
  • Author(s): Takashi Hayashi
  • Journal Title: Inorganic Chemistry 45・26 Pages: 10530-10536
• [Journal Article] Construction of Glycosylated Myoglobin by Reconstitutional Method (2006)
  • Author(s): Takashi Matsuo
  • Journal Title: Chemical Communications 29 Pages: 3131-3133
• [Journal Article] Ligand Binding Properties of Two Kinds of Reconstituted Myoglobins with Iron Porphycene Having Propionates (2006)
  • Author(s): Takashi Matsuo
  • Journal Title: Journal of Inorganic Biochemistry 100・7 Pages: 1265-1271
• [Journal Article] Pathway of Information Transmission from Heme to Protein upon Ligand Binding/Dissociation in Myoglobin Revealed by UV Resonance Raman Spectroscopy (2006)
  • Author(s): Ying Gao
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry 281・34 Pages: 24637-24646
• [Journal Article] Iron Porphyrin-cyclodextrin Supramolecular Complex as a Functional Model of Myoglobin in Aqueous Solution (2006)
  • Author(s): Koji Kano
  • Journal Title: Inorganic Chemistry 45・11 Pages: 4448-4460
• [Journal Article] Metalloporphycene is an Attractive Prosthetic Group for Hemoproteins (2006)
  • Author(s): Takashi Hayashi
  • Journal Title: Journal of Porphyrins and Phthalocyanines 10・4-6 Pages: 292-292
• [Presentation] Role of Heme-Propionate Side Chains in Cytochrome P450cam:Each Propionat is Essential to Retaining the Enzyme Activity (2007)
  • Author(s): Takashi, Hayashi
  • Organizer: 67thOkazaki Conference "Molecular Science and Chemical Biology of Biomolecular Function
  • Place of Presentation: 岡崎コンフ.アレンスセンター
  • Year and Date: 2007-11-12
• [Presentation] シトクロムP450camにおけるヘムプロピオン酸側鎖の役割おけるヘムプロピオ'ン酸側鎖の機能的役割解明 (2007)
  • Author(s): 林 高史
  • Organizer: 第57回錯体化学討論会
  • Place of Presentation: 名古屋工業大学
  • Year and Date: 2007-09-25
• [Presentation] ヘムタンパク質超分子重合体の構築 (2007)
  • Author(s): 林 高史
  • Organizer: 第56回高分子討論会
  • Place of Presentation: 名古屋工業大学
  • Year and Date: 2007-09-19
• [Presentation] シトクロムP450cam触媒サイクルにおけるヘムプロピオン酸側鎖の重要性 (2007)
  • Author(s): 林 高史
  • Organizer: 第100回触媒討論会
  • Place of Presentation: 北海道大学・札幌コンベンションセンター
  • Year and Date: 2007-09-17
• [Presentation] Insertion of Artificially Created Heme in to Apoprotein to Functionalize Hemoprotein (2007)
  • Author(s): Takashi, Hayashi
  • Organizer: France-Japan Collaboration Supported by CNRS and JSPS. 7th Workshop at Strasbourg
  • Place of Presentation: JSPS office, Strasbourg, France
  • Year and Date: 2007-09-04
• [Presentation] Peroxidase Activity of Hemoprotein Reconstituted with Iron Porphycene (2007)
  • Author(s): Takashi, Hayashi
  • Organizer: 13th International Conferenece on Biological Inorganic Chemistry (ICBIC-13)
  • Place of Presentation: University of Vienna, Vienna, Austria
  • Year and Date: 2007-07-17
• [Remarks]
  • URL: http://www.chem.eng.osaka-u.ac.jp/~hayashiken