2016 Fiscal Year Annual Research Report
Molecular Design of Biocatalysts for Hydroxylation of Small Alkanes
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24225004
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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) |
2012-05-31 – 2017-03-31
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| Keywords | 金属酵素 / 触媒 / ガス状アルカン / 水酸化反応 / シトクロムP450 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では，金属酵素および金属蛋白質による高難度酸化反応を達成することを目標として種々の新規手法を開発し，それらを組み合わせることにより，これまでに報告例のないバイオ触媒開発に取り組んだ．通常は，長鎖脂肪酸を選択的に水酸化するシトクロムP450BM3に対して，パーフルオロアルキルカルボン酸をデコイ分子（疑似基質）として取り込ませることによりシトクロムP450BM3の誤作動を意図的に引き起こし，エタンやプロパン，ブタンなどのガス状アルカンや，ベンゼンやトルエンなどの芳香族化合物の選択的水酸化に成功した．また，パーフルオロアルキルカルボン酸のカルボキシル基をアミノ酸で修飾した第二世代のデコイ分子を開発し，ガス状アルカンの酸化活性の大幅な向上にも成功した．第二世代デコイ分子を取り込んだシトクロムP450BM3の結晶構造解析を基に，フッ素原子を持たない第三世代のデコイ分子の開発にも成功し，長鎖脂肪酸とは大きく構造が異なるアミノ酸誘導体がベンゼンの水酸化反応を促進し，これまでに報告されているベンゼンの直接的水酸化活性よりもはるかに高効率なバイオ触媒系を開発した．さらに，デコイ分子を用いる反応を菌体内でも行うことが可能なデコイ分子を開発し，酸素分子の還元的活性化に必要なニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸（NADPH）を反応系に全く添加しなくとも高難度酸化反応が進行する反応システムの構築に成功した．反応活性の向上に関しては，活性中心のヘムを合成金属錯体に置換する新たな手法を確立するとともに，酸素分子を蛋白に取り込ませた合成金属錯体上で活性化して酸化反応に利用することにも成功した．過酸化水素を利用可能なシトクロムP450の開発では，わずか一残基の変異導入によって，多くのシトクロムP450を過酸化水素駆動型に変換できることを明らかにした．
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| Research Progress Status |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] A Substrate-Binding-State Mimic of H2O2-Dependent Cytochrome P450 Produced by One-point Mutagenesis and Peroxygenation of Non-native Substrates2016
Author(s)
O. Shoji, T. Fujishiro, K. Nishio, Y. Kano, H. Kimoto, S. Chien, H. Onoda, A. Muramatsu, S. Tanaka, A. Hori, H. Sugimoto, Y. Shiro, Y. Watanabe
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Journal Title
Catal. Sci. Tech.
Volume: 6
Pages: 5806-5811
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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