ヘム酵素P450を規範とする基質酸素化機能発現の構造特性の解析と合成化への応用

1989 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 01649505
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 広部 雅昭 東京大学, 薬学部, 教授 (20012594)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 樋口 恒彦 東京大学, 薬学部, 助手 (50173159) ; 増野 匡彦 東京大学, 薬学部, 助手 (90165697) ; 長野 哲雄 東京大学, 薬学部, 助教授 (20111552)
• Keywords: チトクロ-ムP-450化学モデル / P-450軸配位子効果 / 酸素分子活性化 / ミクロペルオキシダ-ゼ11 / 人工SOD / 活性酸素消去剤

Research Abstract

薬物代謝酵素チトクロ-ムP-450の酸素分子活性化と基質酸化機能の発現を種々の構造・環境要因の複合効果という視点から捉え、その分子機構を詳細に解析するとともに、それらを規範として、生体内酸化反応種の生成と制御を意図した分子系の構築と、薬物の開発および合成化学に応用することを目的として研究を行った。
1.ポリフィリン金属錯体による酸素分子活性化と基質酸化反応に及ぼすS基軸配位子効果を検討する目的で、P-450説有のチオレ-ト軸配位子を分子内に有するモデル錯体を合成し、その反応性から、0-0結合のホモリティック開裂をS基が著しく活性化することを明らかにした。本成果はP-450の構造と機能に関して、従来生化学分野で未解決であった問題に化学的側面から解決を与えた初めての例となった。
2.P-450活性発現に及ぼすアポタンパク効果を検討する目的の一環として、チトクロ-ムCからペプシンで切り出したMicroperoxidase-11(MP-11)を用い、S酸化、アミン類の酸化的脱アルキル化、オレフィンのエポキシ化などをモデル反応として、イミダゾ-ルを軸配位子とするヘム酵素の構造と反応性について検討し、イミダゾ-ル基の反応加速性を明らかにした。
3.Superoxide Dismutase機能を有する種々の優れた“人工SOD":TPEN,TPAA鉄錯体の開発に成功し、生体内活性酸素制御機能を明らかにした。現在酵素SODそのものを薬物に用いる試みがなされているが、細胞透過性など種々の困難な問題があり、同様の機能をもった低分子化合物の開発が期待されているが、本研究によって得られた上記錯体は、極めて有望な化合物として注目された。"

Research Products

• [Publications] Yoshio Nagatsu: "Facile Preparation of Unstable Metabolic Intermediates:Epoxides of Pyrazolo(1,5-a)Pyridine Derivatives by the Cytochrome P-450 Chemical Model." Chem.Pharm.Bull.37. 1410-1412 (1989)
• [Publications] Tetsuo Nagano: "Superoxide Dismutase Mimics Based on Iron in Vivo." J.Biol.Chem. 264. 9243-9249 (1989)
• [Publications] Hiroshi Masumoto: "Applications of Chemical Oxidation Systems to Study on Drug Metabolism(I):Phencyclidine;A Multi-functional Substrate." Chem.Pharm.Bull.37. 1788-1794 (1989)
• [Publications] Hiroshi Yamamoto: "A Potent Oxidant Generated in situ from Superoxide and CO_2." Tetrahedron Letters. 30. 4133-4136 (1989)
• [Publications] Yoshio Nagatsu: "Applications of Chemical Systems to Study on Drug Metabolism(III):Metabolism of 3-Isobutyryl-2-iso-propyl pyrazolo(1,5-a)pyridine." Chem.Pharm.Bull.38. 400-403 (1989)
• [Publications] Tsunehiko Higuchi: "Highly Efficient Epoxidation of Olefins with Pyridine N-Oxides Catalyzed by Ruthenium Porphyrins." Tetrahedron Letters. 30. 6545-6548 (1990)
• [Publications] Tetsuo Nagano: "Cooxidation Reactions during Oxidations of Superoxide with Polyhalides,CO_2,Phosphates and Acylhalides." J.Am.Chem.Soc.(1990)
• [Publications] Tsunehiko Higuchi: "Synthesis of a Highly Stable Porphyinatoiron Coordinated by Thiolate Anion as a Model for Cytochrome P-450 and Its Catalytic Activity in O-O Bond Cleavage." J.Am.Chem.Soc.
• [Publications] Tadahiko Mashino: "Sulfide Oxidation,Amine N-Demethylation and Olefin Oxidation by Heme-Undecapeptide,Microperoxidase-11,in the Presence of Hydrogen Peroxide." Tetrahedron Letters.
• [Publications] Tetsuo Nagano: "Medical,Biochemical and Chemical Aspects of Free Radicals." Elsevier Sciences Publishers, 1559 (1989)