2018 Fiscal Year Annual Research Report
Molecular design of hydrogen peroxide-dependent P450s
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17H03087
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
渡辺 芳人 名古屋大学, 物質科学国際研究センター, 教授 (10201245)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 酵素 / 触媒 / シトクロムP450 / 過酸化水素 / 鉄ポルフィリン錯体 / 酸化反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
活性中心に鉄ポルフィリン錯体（ヘム）有するシトクロムP450(P450)は，アルカンなどの不活性有機基質の水酸化反応を触媒することから，高難度水酸化反応への応用が期待されている．しかし，P450は一般的に高価な還元剤（NAD(P)H）が必要であり物質合成への適用はコスト的に見合わないと考えられてきた．本研究では，安価な過酸化水素を酸化剤とする強力な酸化酵素系を開発することにより，不活性有機基質を高効率に水酸化するとともに高い位置立体選択的反応が可能なバイオ触媒システムを開発することを研究目的としている．過酸化水素駆動型シトクロムP450であるP450SPαは、長鎖脂肪酸の水酸化酵素であり長鎖脂肪酸以外の基質に対する活性は著しく低い。長鎖脂肪酸のカルボキシル基が過酸化水素を用いる酸化活性種の生成反応において、プロトンの受け渡しを行う一般酸塩基触媒として機能するため、長鎖脂肪酸に対して高い選択制を示す。過酸化水素駆動型P450によく保存されているヘム近傍のアルギニンをリジンに置換すると、長鎖脂肪酸以外の基質、例えば、スチレンやメトキシナフタレン、ベンゼンなどを酸化できるようになることを本研究で明らかにした。また、アルギニンをリジンに置換した変異体の結晶構造を明らかにすることに成功した。さらに、過酸化水素濃度を上げた長鎖脂肪酸の水酸化反応では、脂肪酸の脱炭酸反応が進行することなども見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
過酸化水素駆動型P450のP450SPαとP450BSβのヘム近傍のアルギニンをリジンに置き換えることによって、過酸化水素を用いる酸化活性種生成が促進されることを明らかにした。生成された酸化活性種によって、スチレンのエポキシ化反応やベンゼンの水酸化反応が進行することも既に明らかにしている。結晶構造解析によりリジン側鎖の位置を確認することにも成功している。さらに、過酸化水素の分解反応が進行することなども新たに明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
アルギニンをリジンに置換した変異体の結晶構造解析には成功したが、リジン側鎖の配置と酸化活性種生成の関連が明らかではない。生じた酸化活性種による蛋白質自体の酸化について引き続き調査する。また、過酸化水素の分解反応であるカタラーゼ活性を調べる必要性がある。R241K変異体は、弱いながらもベンゼンを水酸化可能であるので、二つ目の変異を活性部位周辺に施すことにより、ベンゼンやトルエンなどの芳香族化合物の水酸化の反応活性の改善を試みる。また、リジンをヘム近傍に導入する変異の一般性を確認するために、CYP152ファミリーに属する他のP450の対応する変異体を作成して、長鎖脂肪酸以外の基質に対する酸化活性を評価する。
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Research Products
(6 results)
