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2019 Fiscal Year Annual Research Report

メタン発生・分解酵素に学ぶ炭素源有用物質変換を目指した新規生体金属触媒の創成

Research Project

Project/Area Number 17J00008
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

宮崎 雄大  大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2020-03-31
Keywordsメタン発生酵素 / MCR / F430 / ニッケル / メタン / 脱ブロモ化反応 / テトラデヒドロコリン / ミオグロビン
Outline of Annual Research Achievements

近年、人工生体触媒による環境負荷軽減型の物質変換が注目されており、その実現には天然酵素の反応制御の仕組みの理解と再現が必要である。本研究ではメタン菌中において生物学的メタンの発生と分解に寄与し、補因子にニッケル錯体F430を有するメチル補酵素M還元酵素(MCR)の反応機構の解明を目的とした。これまでに、ヘムタンパク質の天然補因子ヘムの除去と人工補因子の導入を行う「再構成法」を利用することでタンパク質を基盤とした機能モデルを構築・評価してきた。
本年度は、F430モデル錯体のニッケルテトラデヒドロコリンとヘムを除去したアポミオグロビンの複合化により調製した再構成ミオグロビンを用い、モデル基質との反応を詳細に評価した。まずp-トルエンスルホン酸メチルやトリメチルスルホニウムヨージドからのメタン発生を促進することを確認した。また、臭化ベンジルとの反応では還元的脱ブロモ化反応によるトルエンの生成が確認されたが、一方でホモカップリング反応によるジベンジルの生成は確認されなかった。各臭化ベンジル類縁体のベンジル位の反応性は一級>二級>三級の順に低下し、活性種のニッケル一価種とベンジル位の反応に立体障害が影響することを明らかにした。次に、パラ位置換臭化ベンジルを用いた同様の実験からHammett plotを作成したところ、極性効果を考慮した置換基定数を用いた場合に、良好な相関関係で正の反応定数を示した。さらに、重水で調製した緩衝液を用いた場合、重水素化トルエンの生成が観測された。以上の結果は、活性種のニッケル一価種がベンジル位に対して求核的なSN2機構により反応し、過渡的に生成したベンジル-ニッケル(III)種中間体のプロトン化により、還元的脱ブロモ化反応が完了することを示唆するものである。以上、本研究はMCRの反応機構解明とそれを応用した人工生体触媒の開発に寄与するものであり、上記の研究成果は国内外の学会で発表を行った。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (6 results)

All 2019 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Construction and Evaluation of a Protein-based Functional Model of Methane-producing Enzyme2019

    • Author(s)
      Yuta Miyazaki
    • Journal Title

      Bulletin of Japan Society of Coordination Chemistry

      Volume: 73 Pages: 48-50

  • [Journal Article] Myoglobin Reconstituted with Ni Tetradehydrocorrin as a Methane‐Generating Model of Methyl‐coenzyme M Reductase2019

    • Author(s)
      Oohora Koji、Miyazaki Yuta、Hayashi Takashi
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 58 Pages: 13813~13817

    • DOI

      doi.org/10.1002/anie.201907584

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Methane generation via intraprotein C-S bond cleavage in cytochrome b562 reconstituted with nickel didehydrocorrin2019

    • Author(s)
      Miyazaki Yuta、Oohora Koji、Hayashi Takashi
    • Journal Title

      Journal of Organometallic Chemistry

      Volume: 901 Pages: 120945~120945

    • DOI

      doi.org/10.1016/j.jorganchem.2019.120945

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Construction and Evaluation of a Protein-based Functional Model to Replicate a Methane-producing Enzyme2019

    • Author(s)
      Yuta Miyazaki, Koji Oohora, Takashi Hayashi
    • Organizer
      The 29th Symposium on Role of Metals in Biological Reactions, Biology and Medicine (SRM2019)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Construction and Evaluation of a Hemoprotein-based Functional Model of Methane-producing Enzyme2019

    • Author(s)
      Yuta Miyazaki, Koji Oohora, Takashi Hayashi
    • Organizer
      15th International Symposium on Applied Bioinorganic Chemistry (ISABC15)
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 大阪大学大学院工学研究科林研究室HP

    • URL

      http://www.chem.eng.osaka-u.ac.jp/~hayashiken/

URL: 

Published: 2021-01-27  

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