タンパク質マトリクスを用いた新触媒の開拓

• 研究領域: 直截的物質変換をめざした分子活性化法の開発
• 研究課題/領域番号: 22105013
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 林 高史 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20222226)
• 連携研究者: 小野田 晃 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (60366424)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 115,180千円 (直接経費: 88,600千円、間接経費: 26,580千円); 2014年度: 15,080千円 (直接経費: 11,600千円、間接経費: 3,480千円); 2013年度: 15,990千円 (直接経費: 12,300千円、間接経費: 3,690千円); 2012年度: 16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円); 2011年度: 16,640千円 (直接経費: 12,800千円、間接経費: 3,840千円); 2010年度: 50,700千円 (直接経費: 39,000千円、間接経費: 11,700千円)
• キーワード: タンパク質 / 反応場 / 物質変換 / 生体触媒 / 金属酵素 / ハイブリッド触媒 / 人工生体触媒 / 有機金属錯体 / ヒドロゲナーゼ / 酵素 / 有機金属触媒 / 重合反応 / 水素発生 / 金属錯体

研究成果の概要

生体内での生合成や代謝反応は、いわゆる直截的な有機合成反応の基本例である。その効率的な反応には生体触媒である酵素の関与が必須である。化学の立場で直截的反応を設計する際に、酵素を目的に応じて改変して利用することは、有効なアプローチの一つと言える。我々は、タンパク質の空孔に非天然の金属錯体を挿入することにより、天然の酵素では実現が難しい反応（C-H結合の活性化、C-C結合形成、水素発生等）の実施や反応の立体選択性の向上などに結びつくことを本課題研究で明らかにした。さらに、タンパク質空孔の反応場を遺伝子操作によってチューニングすることにより、反応の活性や選択性の更なる制御も可能となることを示した。

研究成果

• [国際共同研究] RWTH Aachen University(Germany)
• [雑誌論文] Construction of a hybrid biocatalyst containing a covalently-linked terpyridine metal complex within a cavity of aponitrobindin (2016)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Himiyama, Daniel F. Sauer, Akira Onoda, Thomas P. Spaniol, Jun Okuda*, and Takashi Hayashi
  • 雑誌名: J. Inorg. Biochem. 巻: in press ページ: 55-61
  • DOI: 10.1016/j.jinorgbio.2015.12.026
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Intraprotein transmethylation via a CH3–Co(III) species in myoglobin reconstituted with a cobalt corrinoid complex (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Morita, K. Oohora, A. Sawada, K. Doitomi, J. Ohbayashi, T. Kamachi, K. Yoshizawa, Y. Hisaeda, T. Hayashi
  • 雑誌名: Dalton Transactions 巻: 45 号: 8 ページ: 3277-3284
  • DOI: 10.1039/c5dt04109k
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Crystal Structures and Coordination Behavior of Aqua- and Cyano-Co(III) Tetradehydrocorrins in the Heme Pocket of Myoglobin (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Morita, K. Oohora, E. Mizohata, A. Sawada, T. Kamachi, K. Yoshizawa, T. Inoue, T. Hayashi
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 55 号: 3 ページ: 1287-1295
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.5b02598
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Highly Active Biohybrid Catalyst for Olefin Metathesis in Water: The Impact of a Hydrophobic Cavity in a β-Barrel Protein (2015)
  • 著者名/発表者名: D. F. Sauer, T. Himiyama, K. Tachikawa, K. Fukumoto, A. Onoda, E. Mizohata, T. Inoue, M. Bocola, U. Schwaneberg, T. Hayashi, J. Okuda
  • 雑誌名: ACS Catal. 巻: 5 号: 12 ページ: 7519-7522
  • DOI: 10.1021/acscatal.5b01792
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Artificial Hydrogenase: Biomimetic Approaches Controlling Active Molecular Catalysts (2015)
  • 著者名/発表者名: Akira Onoda, Takashi Hayashi
  • 雑誌名: Curr. Opin. Chem. Biol. 巻: 25 ページ: 133-140
  • DOI: 10.1016/j.cbpa.2014.12.041
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Photoinduced Hydrogen Evolution Catalyzed by a Synthetic Diiron Dithiolate Complex Embedded within a Protein Matrix (2014)
  • 著者名/発表者名: Akira Onoda, Yoshihiko Kihara, Kazuki Fukumoto, Yohei Sano, and Takashi Hayashi
  • 雑誌名: ACS Catal. 巻: 4 号: 8 ページ: 2645-2648
  • DOI: 10.1021/cs500392e
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A Rhodium Complex-linked Hybrid Biocatalyst : Stereo-controlled Phenylacetylene Polymerization within an Engineered Protein Cavity (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Fukumoto, Akira Onoda, Eiichi Mizohata, Marco Bocola, Tsuyoshi Inoue, Ulrich Schwaneberg and Takashi Hayashi
  • 雑誌名: ChemCatChem 巻: (印刷中) 号: 5 ページ: 1229-1235
  • DOI: 10.1002/cctc.201301055
  • 査読あり
• [雑誌論文] Co(II)/Co(I) Reduction-induced Axial Histidine-flipping in Myoglobin Reconstituted with a Cobalt Tetradehydrocorrin as a Methionine Synthase Model (2014)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hayashi, Yoshitsugu Morita, Eiichi Mizohata, Koji Oohora, Jun Ohbayashi, Tsuyoshi Inoue, and Yoshio Hisaeda
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 50 号: 83 ページ: 12560-12563
  • DOI: 10.1039/c4cc05448b
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] H_20_2-dependent Substrate Oxidation by an Engineered Diiron Site in a Bacterial Hem erythrin (2014)
  • 著者名/発表者名: Yasunori Okamoto, Akira Onoda, Himshi Sugimoto, Yu Takano, Shun Hirota, Donald M. Kurtz, Jr., Yoshitsugu Shiro, Takashi Hayashi
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 50 号: 26 ページ: 3421-3423
  • DOI: 10.1039/c3cc48108e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation of New Artificial Metalloproteins by Cofactor Modification of Native Hemoproteins (2014)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hayashi, Yohei Sano, Akira Onoda
  • 雑誌名: Isr. J. Chem. 巻: 55 号: 1 ページ: 76-84
  • DOI: 10.1002/ijch.201400123
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Crystal Structure, Exogenous Ligand Binding and Redox Properties of an Engineered Diiron Active Site in a Bacterial Hemeythrin (2013)
  • 著者名/発表者名: Yasunori Okamoto, Akira Onoda, Hiroshi Sugimoto, Yu Takano, Shun Hirota, Donald M. Kurtz, Jr., Yoshitsugu Shiro, Takashi Hayashi
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 52 号: 22 ページ: 13014-13020
  • DOI: 10.1021/ic401632x
  • 査読あり
• [雑誌論文] C(sp3)-H Bond Hydroxylation Catalyzed by Myoglobin Reconstituted with Manganese Porphycene (2013)
  • 著者名/発表者名: Koji Oohora, Yushi Kihira, Eiichi Mizohata, Tsuyoshi Inoue, Takashi Hayashi
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 135 号: 46 ページ: 17282-17285
  • DOI: 10.1021/ja409404k
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A rhodium complex-linked β-barrel protein as a hybrid biocatalyst for phenylacetylene polymerization (2012)
  • 著者名/発表者名: 小野田晃、福本和貴、Marco Bocola、Marcus Arlt、Ulrich Schwaneberg、林高史
  • 雑誌名: Chemical communication 巻: 48 号: 78 ページ: 9756-9758
  • DOI: 10.1039/c2cc35165j
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photocurrent Generation of Hierarchical Zinc-substituted Hemoprotein Assemblies Immobilized on Gold Electrode (2012)
  • 著者名/発表者名: Akira Onoda, Yasuaki Kakikura, Taro Uematsu, Susumu Kuwabata, Takashi Hayashi
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 124 号: 11 ページ: 2628-2631
  • DOI: 10.1002/anie.201105186
  • 査読あり
• [雑誌論文] Supramolecular Assembling Systems Formed by Heme-Heme Pocket Interaction in Hemoproteins (2012)
  • 著者名/発表者名: Koji Oohora, Akira Onoda, Takashi Hayashi
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 48 号: 96 ページ: 11714-11726
  • DOI: 10.1039/c2cc36376c
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemically Programmed Supramolecular Assembly of Hemoprotein and Streptavidin with Alternating Alignment (2012)
  • 著者名/発表者名: 大洞光司
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 51 号: 16 ページ: 3818-3821
  • DOI: 10.1002/anie.201107067
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reaction of Cobalt Porphycene with Hydride Reagents: Spectroscopic Detection of Co–H Porphycene Species and Formation of Co–SnR3 Porphycene Species (2012)
  • 著者名/発表者名: Takashi Matsuo, Kunihiko Komatsuzaki, Takanori Tsuji, Takashi Hayashi
  • 雑誌名: J. Porphyrins Phthalocyanines 巻: 16 号: 05n06 ページ: 616-625
  • DOI: 10.1142/s1088424612500587
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photocatalytic Hydrogen Evolution by a Diiron Hydrogenase Model Based on a Peptide Fragment of Cytochrome c_<556> with an Attached Diiron Carbonyl Cluster and an Attached Ruthenium Photosensitizer (2012)
  • 著者名/発表者名: Y.Sano, A.Onoda, T.Hayashi
  • 雑誌名: JOURNAL OF INORGANIC BIOCHEMISTRY 巻: VOL.108 ページ: 159-162
  • DOI: 10.1016/j.jinorgbio.2011.07.010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemically Programmed Supramolecular Assembly of Hemoprotein and Streptavidin with Alternating Alignment (2012)
  • 著者名/発表者名: Koji Oohora, et al
  • 雑誌名: Angew.Chem.Int.Ed. 巻: 51 ページ: 3818-3821
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Hydrogenase Model System Based on the Sequence of Cytochrome c.Photochemical Hydrogen Evolution in Aqueous Media (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Sano, A.Onoda, T.Hayashi
  • 雑誌名: CHEMICAL COMMUNICATIONS 巻: VOL.47 号: 29 ページ: 8229-8231
  • DOI: 10.1039/c1cc11157d
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation and Reactivity of a Tetranuclear Fe(II) Core in the Metallothionein α-Domain (2011)
  • 著者名/発表者名: Yohei Sano
  • 雑誌名: J. Inorg. Biochem. 巻: 105 号: 5 ページ: 702-708
  • DOI: 10.1016/j.jinorgbio.2011.01.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Precise Design of Artificial Cofactors for Enhancing Peroxidase Activity of Myoglobin: Myoglobin Mutant H64D Reconstituted with a Single-winged Cofactor is Equivalent to Native Horseradish Peroxidase in Oxidation Activity (2011)
  • 著者名/発表者名: Takashi Matsuo
  • 雑誌名: Chem. Asian J. 巻: 6 号: 9 ページ: 2491-2499
  • DOI: 10.1002/asia.201100107
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal Structure and Spectroscopic Studies of a Stable Mixed-Valent States of the Hemerythrin-like Domain of a Bacterial Chemotaxis Protein (2011)
  • 著者名/発表者名: Akira Onoda, Yasunori Okamoto, Hiroshi Sugimoto, Yoshitsugu Shiro, Takashi Hayashi
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 50 号: 11 ページ: 4892-4899
  • DOI: 10.1021/ic2001267
  • 査読あり
• [雑誌論文] Precise Design of Artificial Cofactors for Enhancing Peroxidase Activity of Myoglobin : Myoglobin Mutant H64D Reconstituted with a Single-winged Cofactor is Equivalent to Native Horseradish Peroxidase in Oxidation Activity (2011)
  • 著者名/発表者名: Takashi Matsuo, et al
  • 雑誌名: Chem.Asian J. 巻: 6 ページ: 2491-2499
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal Structure and Spectroscopic Studies of a Stable Mixed-Valent State of the Hemerythrin-like Domain of a Bacterial Chemotaxis Protein (2011)
  • 著者名/発表者名: Akira Onoda, et al
  • 雑誌名: Inorg.Chem. 巻: 50 ページ: 4892-4899
  • 査読あり
• [学会発表] Biohybrid Catalysts Constructed in a Protein Matrix with an Artificial Metal Complex (2015)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hayashi, Akira Onoda and Koji Oohora
  • 学会等名: 250th American Chemical Society National Meeting and Exposition
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 2015-08-16
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Myoglobin Reconstituted with Cobalt Tetradehydrocorrin as a Methionine Synthase Model (2015)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hayashi, Yoshitsugu Morita, Koji Oohora
  • 学会等名: IUPAC-2015
  • 発表場所: Busan, Korea
  • 年月日: 2015-08-07
• [学会発表] Modification of Hemoprotein with an Artificially Created Cofactor to Generate a New Biocatalyst (2015)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hayashi, Yoshitsugu Morita, Koji Oohora
  • 学会等名: 13th International Symposium on Applied Bioinorganic Chemistry
  • 発表場所: Galway, Ireland
  • 年月日: 2015-06-12 – 2015-06-15
  • 招待講演
• [学会発表] Modification of Hemoprotein with an Artificially Created Cofactor to Generate a New Biocatalyst (2015)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hayashi
  • 学会等名: 13th International Symposium on Applied Bioinorganic Chemistry
  • 発表場所: Galway, Ireland
  • 年月日: 2015-06-12
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A Structural and Functional Model of Methionine Synthase: Myoglobin with a Tetradehydrocorrin Co Complex (2015)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hayashi, Yoshitsugu Morita, Koji Oohora
  • 学会等名: 5th Georgian Bay International Conference on Bioinorganic Chemistry
  • 発表場所: Parry Sound, Canada
  • 年月日: 2015-05-19
• [学会発表] Manganese Porphycene Acts as an Artificial Cofactor which Catalyzed a C(sp3)-H Bond Hydroxylation in the Myoglobin Heme Pocket (2014)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hayashi, Yushi Kihira, Koji Oohora
  • 学会等名: 41st International Conference on Coordination Chemistry
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 2014-07-21 – 2014-07-25
  • 招待講演
• [学会発表] Structure and Catalytic Activity of Myoglobin Reconstituted with Mn-Porphycene (2013)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hayashi
  • 学会等名: The 2nd Japan-France Coordination Chemistry Symposium 2013
  • 発表場所: 奈良
  • 年月日: 2013-11-24
  • 招待講演
• [学会発表] Structure and Function of Hemoproteins with Artificially Created Prosthetic Groups (2013)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hayashi
  • 学会等名: 4th Asian Conference on Coordination Chemistry
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 2013-11-04 – 2013-11-07
  • 招待講演
• [学会発表] Construction of a Methionine Synthase Model by Apomyoglobin-Cobalt Corrin Complex (2013)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hayashi, Yoshitsugu Morita, Koji Oohora
  • 学会等名: 16th International Conference on Biological Inorganic Chemistry
  • 発表場所: Grenoble, France
  • 年月日: 2013-07-22 – 2013-07-26
  • 招待講演
• [学会発表] Alkane Hydroxylation Catalyzed by Myoglobin Reconstituted with Mn-Porphycene (2013)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hayashi, Yoshitsugu Morita, Koji Oohora
  • 学会等名: 4th Georgian Bay International Conference on Bioinorganic Chemistry
  • 発表場所: Parry Sound, Canada
  • 年月日: 2013-05-21 – 2013-05-25
  • 招待講演
• [学会発表] Physicochemical Properties of Hemoproteins Reconstituted with Metalloporphyrins (2012)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hayashi
  • 学会等名: 221th Electrochemical Society Meeting
  • 発表場所: Seattle, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Supramolecular Hemoprotein Assembly via Heme–Heme Pocket Interaction (2012)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hayashi
  • 学会等名: 7th International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 招待講演
• [学会発表] Heme Pocket is an Attractive Cavity for Bioorganometallics Reaction Centers (2012)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hayashi
  • 学会等名: 6th International Symposium on Bioorganometallics Chemistry
  • 発表場所: Toronto, Canada
  • 招待講演
• [学会発表] Structure and Function of Hemoproteins with Artificially Created Prosthetic Group (2012)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hayashi
  • 学会等名: 6th Asian Conference on Biological Inorganic Chemistry
  • 発表場所: Hong Kong, China
  • 招待講演
• [学会発表] Methionine Synthase Model: Myoglobin Reconstituted with a Cobalt Tetradehydrocorrin Derivative (2012)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hayashi
  • 学会等名: Biological and Chemical Methods for Selective Catalysis
  • 発表場所: Aachen, Germany
  • 招待講演
• [学会発表] Functionalization of Hemoproteins with Artificially Modified Heme (2011)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hayashi
  • 学会等名: 15th International Conference on Biological Inorganic Chemistry
  • 発表場所: Univ.of British Columbia, Vancouver, Canada(招待講演)
  • 年月日: 2011-08-10
• [学会発表] Functionalization of Hemoproteins with Artificially Created Modified Heme (2011)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hayashi
  • 学会等名: 15th International Conference on Biological Inorganic Chemistry
  • 発表場所: Vancouver, Canada
  • 招待講演
• [学会発表] New Synthetic Model for [FeFe]-Hydrogenase Using Cytochrome c as a Protein Matrix (2011)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hayashi
  • 学会等名: 4th Aachen-Osaka Joint Symposium "Direct Catalytic Activation of Inert Substrate"
  • 発表場所: Aachen, Germany
  • 招待講演
• [学会発表] Peroxidase Activity of Myoglobin Reconstituted with an Artificially Created Prosthetic Group (2011)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hayashi
  • 学会等名: International Symposium on Activation of Dioxygen and Homogeneous Catalytic Oxidation
  • 発表場所: Nago, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Water Expelling Mechanism from the Substrate-Binding Site in Cytochrome P450cam (2011)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hayashi
  • 学会等名: The 3rd Georgian Bay International Conference on Bioinorganic Chemistry
  • 発表場所: Parry Sound, Canada
  • 招待講演
• [学会発表] 合成ヘムを基盤とするヘムタンパク質の高機能化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 林 高史
  • 学会等名: 第１回ポルフィリンーALA学会
  • 発表場所: 目黒区、東京
  • 招待講演
• [図書] Bioorganometallic Chemistry (2015)
  • 著者名/発表者名: Akira Onoda, Takashi Hayashi （分担）
  • 総ページ数: 38
  • 出版者: Wiley VCH
• [図書] CSJ Current Review 「次世代のバイオ水素エネルギー」 (2014)
  • 著者名/発表者名: 林 高史（分担）
  • 総ページ数: 8
  • 出版者: 化学同人
• [図書] Coordination Chemistry in Protein Cages （分担） (2013)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hayashi
  • 総ページ数: 23
  • 出版者: Wiley VCH
• [備考] 研究内容
  • URL: http://www.applied-bioinorganic.jp/jp/research/