ペルオキシダーゼに対するカタラーゼ活性賦与:過酸化水素との反応の制御機構の解明

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14209019
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 渡辺 芳人 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 教授 (10201245)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 上野 隆史 名古屋大学, 物質科学国際研究センター, 助手 (70332179)
• Keywords: ヘム / カタラーゼ / 西洋わさびペルオキシダーゼ

Research Abstract

カタラーゼは過酸化水素と反応して10^7mol^<-1>・sec^<-1>の反応速度でcompound Iを与え、同様の速度で過酸化水素を分解する。一方、西洋ワサビペルオキシダーゼ(HRP)は、カタラーゼと同じ速度でcompound Iを生成するにもかかわらず、カタラーゼ活性はほとんどない事が知られているが、その理由は全く不明である。本研究では、HRPがカタラーゼ活性が発現しない理由を、「compomd I生成時の強固なヘム近傍の水のネットワークの形成が、過酸化水素のヘム近傍へのアクセスを制限している」あるいは、「フェニルアラニン68の側鎖の上下運動による物理的な過酸化水素の導入経路の遮断」の両者の可能性と考え、ヘム近傍のアミノ酸を部位特異的に他のアミノ酸へと置換したミュータントを系統的に作成し、compound I生成速度とカタラーゼ活性に及ぼす影響を検討した。
作成したミュータントは導入路遮断の可能性を検討するためにFhe68Ser HRP、水素結合ネットワークヘの摂動を与えるために、Arg38Gln、Asn70Val、Ca^<2+>を除いたHRP等を作成した。作成したHRPを用いてcompound I生成速度とカタラーゼ活性を酸素の生成速度で評価したところ、compound Iの生成速度には最大で3桁の速度の低下が見られた。これに対して、酸素の生成速度は10-20%程度の減少、あるいは増加に止まった。
さらに、カタラーゼ活性の速度論的取り扱いから、1)HRPのcompound Iに対する過酸化水素の反応では、過酸化水素が一旦結合部位(場所は特定できていない)に結合し、酸化的分解を受けること、2)上記のミューテーションでは酸化的分解反応速度に摂動がかかるものの、結合部位への結合速度は全く変わらないという結果が得られた。

Research Products

• [Publications] Y.Watanabe: "Constraction of Heme Enzymes : Four Approaches"Curr. Opin. Chem. Biol.. 6. 208-216 (2002)
• [Publications] Y.Watanabe: "Rational Molecular Design of a Catalytic Site : Engineering of Catalytic Functions to the Myoglobin Active Site Framework"Ind. J. Chem.. 41. 86-87 (2002)
• [Publications] A.Wada, S.Ogo, S.Nagatomo, T.Kitagawa, Y.Watanabe, K.Jitsukawa, H.Masuda: "Reactivity of Hydrogen peroxide Bound to a Mononuclear Non-Heme iron Site"Inorg. Chem.. 41. 616-618 (2002)
• [Publications] K.Hashimoto, S.Nagatomo, S.Fujinami, H.Furutachi, S.Ogo, M.Suzuki, A.Uehara, Y.Maeda, Y.Watanabe, T.Kitagawa: "A New Mononuclear Iron(III) Complex Containing a Peroxocarbonate Ligand"Angew. Chem. Int. Ed.. 41. 1201-1205 (2002)
• [Publications] S.Ogo, T.Abura, Y.Watanabe: "pH-Dependent Transfer Hydrogenation of ketones with HCOONa as a Hydrogen Donor Promoted by (η^6-C_6Me_6)Ru Complexes"Organometallics. 21. 2964-2969 (2002)
• [Publications] R.Yamahara, S.Ogo, H.Masuda, Y.Watanabe: "(Catecholata)iron(III) Complexes : Structural and Functional Models for the Catechol-Bound iron(III) Form of Catechol Dioxygenase"J. Inorg. Biochem.. 88. 284-294 (2002)
• [Publications] H.Nakai, S.Ogo, Y.Watanabe: "pH-Dependent Cross-Coupling reactions of water-Soluble organic halides with organoboron Compounds Catalyzed by the organometallic Aqua Complex [(SCS)Pd^<II>(H_2O)]^+ (SCS=C_6H_3-2,6-(CH_2SBut)_2)"Organometallics. 21. 1674-1678 (2002)
• [Publications] S.Ogo, R.Yamahara, M.Roach, T.Suenobu, M.Aki, T.Ogura, T.Kitagawa, H.Masuda, S.Fukuzumi, Y.Watanabe: "Structural and Spectroscopic Features of a cis (Hydroxo)-FeIII-(Carboxylato) Configuration as an Active Site Model for Lipoxygenases"Inorg. Chem.. 41. 5513-5530 (2002)
• [Publications] T.Abura, S.Ogo, Y.Watanabe, S.Fukuzumi: "Isolation and Crystal Structure of Water-Soluble Iridium Hydride. Robust and Highly Active Catalyst for Acid-Catalyzed Transfer Hydrogenations of Carbonyl Compounds in Acidic Media"J. Am. Chem. Soc.. 125(印刷中). (2003)
• [Publications] M.Ohashi, T.Koshiyama, T.Ueno, M.Yanase, H.Fujii, Y.Watanabe: "Isolation and Crystal Structure of Water-Soluble Iridium Hydride. Preparation of Artificial Metalloenzymes by Insertion of Chromium (III)Schiff Base Complexes into Apomyoglobin Mutants"Angew. Chem. Int. Ed.,. 42. 1005-1008 (2003)