Elucidation of the chemistry of gaseous molecule at iron binuclear center using nuclear resonance spectroscopies

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H02064
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 37010:Bio-related chemistry
• Research Institution: University of Hyogo (2023); Institute of Physical and Chemical Research (2021-2022)
• Principal Investigator: Tosha Takehiko 兵庫県立大学, 理学研究科, 教授 (00548993)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 堀谷 正樹 佐賀大学, 農学部, 准教授 (80532134)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 金属酵素 / 一酸化窒素 / ヘム / 反応中間体 / 核共鳴非弾性散乱 / 低温光解離 / ケージド化合物

Outline of Final Research Achievements

We aimed to elucidate the molecular mechanism of nitric oxide reductase (NOR) whose active site is composed of heme and non-heme iron. Reduced NOR was mixed with caged NO, which releases NO upon UV illumination, followed by the illumination under liquid nitrogen temperature to induce the photolysis of caged NO. Subsequent thermal annealing enables NO to diffuse and react with reduced NOR, producing reaction intermediates. The characterization of first reaction intermediate by ESR spectroscopy revealed that the first reaction intermediate can be a non-heme Fe-NO species. The trapped reaction intermediate was also analyzed by synchrotron-based vibrational spectroscopy, nuclear resonance vibrational spectroscopy (NRVS), to get more insights into the chemical structure of the reaction intermediate.

Free Research Field

生物無機化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

NORによるNO還元には、鉄へのNOの結合、電子移動、プロトン輸送、化学結合の形成（N-N結合）および開裂（N-O結合）といった、化学反応の基礎が詰め込まれており、その反応機構を理解することは、化学反応の本質の理解に迫るものである。酵素そのものを使って、反応中間体を捕捉・解析した本成果は、近年、主流となっているNORの理論研究やモデル錯体を用いた研究に対して一石を投じるものであり、今後の反応機構の理解に大きく貢献する。また、NORは、病原菌の感染や地球環境とも関連が深いため、その反応機構の理解は、これらの研究分野を含む多くの他分野への影響が期待できる。