タンパク質マトリクスを利用した新規生体金属触媒の創製と小分子の活性化

• Project/Area Number: 20037049
• 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, 工学研究科, 教授 (20222226)
• Project Period (FY): 2008 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥3,800,000 (Direct Cost: ¥3,800,000); Fiscal Year 2009: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2008: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
• Keywords: タンパク質 / 酵素 / ヘムタンパク質 / 触媒 / ペルオキシダーゼ / 蛋白質

Research Abstract

本年度は、まずヘムタンパク質の機能化として、昨年かなり物性が明らかになったコロール鉄錯体を駆使し、ミオグロビンや西洋ワサビペルオキシダーゼの天然のヘムをコロール鉄錯体に置換した再構成タンパク質を調製し、その触媒活性を評価した。実際に、コロール鉄錯体を含むミオグロビンは、フェノール誘導体を基質とする過酸化水素酸化反応において、天然のミオグロビンを大幅に超える触媒活性を示した。一方、西洋ワサビペルオキシダーゼにおいては、コロール鉄錯体を有するタンパク質の方が活性が低下し、同じタンパク質でも顕著な反応性の違いがあることも明らかとなった。さらに、この酸化反応の中間体の検出を、ストップドフロー法を用いて実施し、天然のペルオキシダーゼと同様に、compound Iと呼ばれる2電子酸化当量の高酸化中間体を、過渡的に観測することに成功した。一方、ニトロゲナーゼのモデルとして、システインを多く含むメタロチオネインのαドメイン(アミノ酸30～31量体)をタンパク質マトリクス及び配位子に用いた鉄-硫黄(システイン)クラスター錯体の合成を行った。その結果、鉄4核のクラスターがタンパク質クラスター内に生成することを電子スペクトル及びマススペクトルを用いて同定し、鉄2価状態では、メチルレッドなどのN=N結合を水素化し、さらに切断してアミンまで還元することを見出した。現在は、まだ触媒反応までは至っていないが、今後この系を検討し、新しいニトロゲナーゼ機能モデルとして発展すると期待される。

Research Products

• [Journal Article] Meso-Unsubstituted Iron Corrole in Hemoproteins : Remarkable Differences in Effects on Peroxidase Activities between Myoglobin and Horseradish Peroxidase (2009)
  • Author(s): Takashi Matsuo
  • Journal Title: J.Am.Chem.Soc. 131 Pages: 15124-15125
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Role of the Heme-7-Propionate Side Chain in Cytochrome P450cam as a Gate for Regulating the Acess of Water Molecules to the Substrate-Binding Site (2009)
  • Author(s): Takashi Hayashi
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc 131 Pages: 1398-1400
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Self-Assembly of One-and Two-Dimensional Hemoprotein Systems by Polymerization through Heme-Heine Pocket Interactions (2009)
  • Author(s): Hiroaki Kitagishi
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. 48 Pages: 1271-1274
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photocatalytic Hydrogen Generation Using a Protein-Coated Photo-sensitizer with Anionic Patches and a Monocationic Electron Mediator (2008)
  • Author(s): Takashi Matsuo
  • Journal Title: Chem. Conunun. 2008 Pages: 3684-3686
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 天然の触媒活性を超えるヘムタンパク質の創製をめざして (2010)
  • Author(s): 林高史
  • Organizer: 日本化学会第90春季年会:アドバンスト・テクノリジー・プログラム(ATP)
  • Place of Presentation: 東大阪市
  • Year and Date: 2010-03-26
• [Presentation] 高機能生体触媒創製をめざしたヘムタンパク質の化学変換 (2010)
  • Author(s): 林高史
  • Organizer: 特定領域研究「協奏機能触媒」第7回公開シンポシウム
  • Place of Presentation: 東京都
  • Year and Date: 2010-03-10
• [Presentation] Physicochemical Property and Catalytic Activity of Hemoprotein Having a Non-natural Tetrapyrrole Iron Complex as a Prosthetic Group (2009)
  • Author(s): Takashi Hayashi
  • Organizer: 2nd Canadian Bioinorganic Chemistry (CanBIC2009)
  • Place of Presentation: Perry Sound, Canada
  • Year and Date: 2009-05-27
• [Presentation] Enhancement of Peroxidase Activity for Several Hemoproteins by Reconstitution with Artificially Created Prosthetic Groups (2008)
  • Author(s): Takashi Hayashi
  • Organizer: Fifth International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines(ICPP-5)
  • Place of Presentation: Moscow, Russia
  • Year and Date: 2008-07-08
• [Book] Handbook of Porphyrin Science (2010)
  • Author(s): Takashi Hayashi(共著)
  • Total Pages: 93
  • Publisher: World Scientific