| 研究課題/領域番号 |
21H04704
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分37:生体分子化学およびその関連分野
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
荘司 長三 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (90379587)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
42,900千円 (直接経費: 33,000千円、間接経費: 9,900千円)
2023年度: 10,660千円 (直接経費: 8,200千円、間接経費: 2,460千円)
2022年度: 10,010千円 (直接経費: 7,700千円、間接経費: 2,310千円)
2021年度: 22,230千円 (直接経費: 17,100千円、間接経費: 5,130千円)
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| キーワード | シトクロムP450 / デコイ分子 / 人工金属酵素 / 結晶構造解析 / ガス状アルカン / 水酸化反応 / 進化分子工学 / バイオリアクター / 高難度酸化反応 / 人工酵素 / 鉄ポルフィリン錯体 / 金属酵素 / ヘム / 酸化反応 / 菌体内反応 / 外膜蛋白質 / 高難度水酸化反応 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
鉄ポルフィリン錯体（ヘム）を活性中心とする金属酵素のシトクロムP450（P450）の中でも活性が高いことで知られる巨大菌由来のP450BM3を用いて，ガス状アルカンやベンゼンなどの不活性な有機基質を高効率に水酸化可能な，強力なバイオ触媒系を創出する．長鎖脂肪酸水酸化酵素のP450BM3に，長鎖脂肪酸に構造を似せた「デコイ分子」を作用させると様々な小分子アルカン類を水酸化可能になる．P450BM3とデコイ分子複合体や反応中間体の結晶構造解析から得られる構造情報を反応場設計に反映させることにより，温和な条件下で小分子アルカン類を高効率に水酸化可能な「P450－デコイ分子」反応システムを創出する．
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| 研究成果の概要 |
巨大菌由来の長鎖脂肪酸水酸化酵素であるシトクロムP450BM3を誤作動させるダミー基質（デコイ分子）を用いる酵素反応系を用いるガス状アルカンの水酸化反応の高活性化と最高難易度のメタン水酸化を達成した．これまでに開発した千を超える数のデコイ分子をカラーアッセイによってスクリーニングにより，対象とする基質に最適のデコイ分子を選定する手法を確立した．また，P450BM3の結晶化を促進するデコイ分子を駆使して，酸化反応中間体アナログの結晶構造解析にも成功した．さらに，活性中心の金属をマンガンに置換した水酸化反応系や菌体内でのデコイ分子を用いる反応系の構築にも成功した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
これまでヘムを活性中心としてもつ金属酵素がメタンを水酸化できるのかは明確ではなかったが，デコイ分子を用いる手法によってP450であっても触媒的メタン水酸化が可能であることを実証したことの学術的意義は大きい．また，天然ガスの主成分であるメタンを常温でメタノールに変換する新規手法であるため，メタンを燃料でなく化成品の原料をして利用する可能性を示した社会的な意義も併せ持っている．さらに，結晶化促進デコイ分子を用いることで，これまでは結晶構造解析ができなかったヘム置換体や変異体などの迅速な結晶化と構造解析が可能となったことは，今後の人工金属酵素開発にとって非常に重要な進展といえる．
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