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生理活性物質の生合成反応における酵素の役割

Research Project

Project/Area Number 20038005
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionIbaraki University

Principal Investigator

森 聖治  Ibaraki University, 理学部, 准教授 (50332549)

Project Period (FY) 2008 – 2009
Project Status Completed (Fiscal Year 2009)
Budget Amount *help
¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000)
Fiscal Year 2009: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
Fiscal Year 2008: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Keywordsプロスタサイクリン合成酵素 / 酵素反応機構 / ヘム / 密度汎関数法計算 / 触媒ポケット / スピン状態 / 分子動力学計算 / リチウムイノラート / トロンボキサンA_2合成酵素 / シトクロムP450 / 密度汎関数法 / 一電子移動
Research Abstract

本研究では,有機反応機構やQM/MM法を用いた金属触媒反応機構の解明で培った経験を活かし,プロスタグランジン類(プロスタグランジンD_2/E_2)の合成酵素反応機構における酵素の効果について,量子化学計算,分子ドッキング,分子動力学を用いて検討する。本年度の成果は以下の通りである.
(1)プロスタサイクリンの生合成反応機構:シトクロムP450(プロスタサイクリン合成酵素、PGIS)によるプロスタサイクリンの生合成のモデル反応機構をUB3LYP密度汎関数法により検討した.三価の鉄を経由するよりも,酸素-酸素のホモリティック開裂によりいったん四価になったのち、炭素ラジカルから鉄への-電子移動により三価にもどる経路のほうがエネルギー的に安定であることを示した.さらに、酵素のヘム周りのアミノ酸残基モデルを考慮しない計算モデルでは、高スピン状態が低スピン状態に比べて安定だったのに対し、アミノ酸残基モデルを考慮すれば低スピン状態が中間スピンや高スピン状態にくらべて、エネルギー的に安定でる結果を得た。すなわち、スピン状態を考えるにはとくに、基質がヘムと結合する触媒ポケットを小さくする役目を果たすTrp残基の影響が大きいことを量子化学的に示した。さらに、AMBER力場を用いた分子動力学計算を、水分子を含めて行い、触媒ポケットにある水分子は数えられるほどしかないことを示し、疎水性であることを予測させる結果を得た。
(2)関連する反応機構研究として、エンドペルオキシドの鉄-ポルフィリン錯体反応におけるアキシアル効果を理論的に解明したこと、リチウムイノラートのアルキルチオケトンとの反応で、生成するアルケンの幾何選択性の高さを量子化学的に説明することができた。

Report

(2 results)
  • 2009 Annual Research Report
  • 2008 Annual Research Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2010 2009 2008 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (10 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Density Functional Studies on Isomerization of Prostaglandin H_2 to Prostacyclin Catalyzed by Cytochrome P4502009

    • Author(s)
      Tetsuya K.Yanai, Seiji Mori
    • Journal Title

      Chem.Eur.J. 15

      Pages: 4464-4473

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  • [Journal Article] The effects of C-S and C-Se bonds on torquoselectivity : stereoselective olefination of α -thio and α-selenoketones with ynolates2009

    • Author(s)
      Takashi Yoshikawa
    • Journal Title

      Tetrahedron 65

      Pages: 8832-8838

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  • [Journal Article] The Effect of Alkynyl Groups on Torquoselectivity. Highly Stereoselective Olefination of Alkynyl Ketones with Ynolates2009

    • Author(s)
      吉川孝
    • Journal Title

      J. Am. Chem. Soc. 131

      Pages: 2092-2093

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  • [Journal Article] Density Functional Studies on Thromboxane Biosynthesis : Meehanism and Role of the Heme-Thiolate System2008

    • Author(s)
      野内哲也
    • Journal Title

      Chem. Asian J. 3

      Pages: 1900-1911

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  • [Presentation] Quantum Chemical Studies on Axial Ligand Effect on Reactions Between Fe(III)-porphyrin Complexes with Endoperoxide2010

    • Author(s)
      Seiji Mori, Jun Ochiai, Tetsuya K.Yanai, Tsunehiko Higuchi
    • Organizer
      International Symposium on "Molecular Theory for Real Systems"
    • Place of Presentation
      京都市
    • Year and Date
      2010-01-07
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  • [Presentation] Important insight into Reaction Mechanisms of Organic Syntheses and Bios theses from View of Computational Chemistry2009

    • Author(s)
      Seiji Mori
    • Organizer
      The International Symposium on Theory of Molecular Structure, Function and Reactivity
    • Place of Presentation
      京都市
    • Year and Date
      2009-07-20
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    • Author(s)
      Tetsuya K.Yanai, Seiji Mori
    • Organizer
      The International Symposium on Theory of Molecular Structure, Function and Reactivity
    • Place of Presentation
      京都市
    • Year and Date
      2009-07-20
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    • Author(s)
      Jun Ochiai, Tetsuya K.Yanai, Seiji Mori, Tsunehiko Higuchi
    • Organizer
      The International Symposium on Theory of Molecular Structure, Function and Reactivity
    • Place of Presentation
      京都市
    • Year and Date
      2009-07-20
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  • [Presentation] Unusual Reactions Catalyzed by Cytochrome P450 : Density Functional Studies on Prostaglandin H_2 Isomerizations2008

    • Author(s)
      野内哲也
    • Organizer
      4^<th> Asian Biological Inorganic Chemistry Conference
    • Place of Presentation
      Jeju, Korea
    • Year and Date
      2008-11-11
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  • [Presentation] Theoretical studies on Isomerization of Prostaglandin H_22008

    • Author(s)
      Seiji Mori
    • Organizer
      6^<th> China-Japan Crossover Science Symposium
    • Place of Presentation
      Zhengzhou, China
    • Year and Date
      2008-10-23
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  • [Presentation] Density functional studies on model isomerization reaction catalyzed by cytochrome P4502008

    • Author(s)
      森聖治
    • Organizer
      The 2^<nd> International Symposium on "Molecular Theory for Real Systems"
    • Place of Presentation
      岡崎
    • Year and Date
      2008-08-04
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  • [Presentation] Theoretical and UV Resonance Raman Spectroscopic Studies on Prostaglandin D_2 Synthase : A Role of Glutathione and Active Site Structures in the Reaction Mechanisms2008

    • Author(s)
      山口直人
    • Organizer
      The 2^<nd> International Symposium on "Molecular Theory for Real Systems"
    • Place of Presentation
      岡崎
    • Year and Date
      2008-08-04
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    • Author(s)
      吉川孝
    • Organizer
      第6回次世代を担う有機化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京
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    • Author(s)
      内記達哉
    • Organizer
      第2回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      福岡
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  • [Remarks]

    • URL

      http://info.ibaraki.ac.jp/scripts/websearch/index.htm

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  • [Remarks]

    • URL

      http://info.ibaraki.ac.jp/scripts/websearch/index.htm

    • Related Report
      2008 Annual Research Report

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Published: 2008-04-01   Modified: 2018-03-28  

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