ヘムタンパク質の新しい機能変換に対する化学的アプローチ

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11480163
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 林 高史 九州大学, 工学研究院, 助教授 (20222226)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 水谷 義 京都大学, 工学研究科, 助教授 (40229696) ; 嶌越 恒 九州大学, 工学研究院, 助手 (00284539) ; 久枝 良雄 九州大学, 工学研究院, 教授 (70150498)
• Keywords: ヘムタンパク質 / ミオグロビン / ヘム / ポルフィリン / 分子認識 / タンパク質複合体 / 電子移動反応 / 再構成タンパク質

Research Abstract

本年度は、昨年度の成果をもとに、ミオグロビン表面に正電荷を有する基質結合(認識)部位の構築を試みた。具体的には、ヘムプロピオン酸側鎖末端に合計4個のアミノ基を導入し、カチオンドメインをタンパク質表面に呈示させた。その結果、アントラキノンスルホン酸など負電荷を有する基質と極めて安定な複合体を形成し、静電相互作用を介した光駆動型高速重項電子移動反応が観測可能となった。さらに、結合定数を比較すると、アニオンドメインをタンパク質表面に呈示したミオグロビンに比べて極めて親和力が強いことも明らかとなった。これは、タンパク質のヘムポケット近傍に集中して存在する塩基性のアミノ酸残基と協同的に効率よいカチオンクラスターを形成しうるからと理解される。
また、本年度はミオグロビンに新しい基質認識部位を導入し、へムオキシゲナーゼ活性の向上を試みた。その結果、特に疎水性の小分子であるフェノール誘導体、カテコール、グアイアコールに対して、基質結合部位を有する再構成ミオグロビンの活性は天然のミオグロビンに比べ大幅に上昇した。特にグアイアコールを基質として用いた場合、天然のミオグロビンに比べて極めて効率の良い触媒的酸化反応が認められた。これはヘム末端に疎水性基を導入することにより、新たな疎水性基質結合部位がヘムポケット入り口に形成され、基質がスムーズに酸化されたことを示している。ヘム末端を化学的に修飾することによる新しい酵素活性機能の付与の最初の例として興味深い。

Research Products

• [Publications] Takashi Hayashi et al.: "Interprotein Electron Transfer Reaction Regulated by an Artificial Interface"Angew.Chem.Int.Ed.Engl.. (in press). (2000)
• [Publications] Takashi Hayashi et al.: "Introduction of a Specific Binding Domain on Myoglobin Surface by New Chemical Modification"J.Inorg.Biochem.. 82. 133-139 (2000)
• [Publications] Takashi Hayashi et al.: "Synthesis and Properties of Alkylperoxocobalt (III) Porphyrin and Porphycene"Chem.Lett.. 74. 90-91 (2000)
• [Publications] Takashi Hayashi et al.: "Electrochemical Reactions Mediated by Vitamin B12 Derivatives in Organic Solvents"Coord.Chem.Rev.. 198. 21-37 (2000)
• [Publications] Takashi Hayashi et al.: "The Porphyrin Handbook"Academic Press. 62 (2000)