高次集積反応場効果にもとづく人工酵素系の設計

1990 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02102006
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 村上 幸人 九州大学, 工学部, 教授 (30037717)
• 研究分担者: 高木 誠 九州大学, 工学部, 教授 (90037739) ; 菊池 純一 佐賀大学, 理工学部, 助教授 (90153056) ; 横野 照尚 九州大学, 工学部, 助教授 (10203887)
• キーワード: タコ型シクロファン / かご型シクロファン / ビタミンB_6 / ビタミンB_<12> / 合成脂質 / 二分子膜 / 異性化反応 / 人工酵素

研究概要

1.“inducedーfit"型の包接機能を有する「タコ」型シクロファン3種類、および“lockーandーkey"型の包接機能を発現する「かご」型シクロファン1種類を新たに合成した。「タコ」型シクロファンは水中において疎水性効果と静電効果により有機ゲスト分子を識別することを見出した。また、金属配位部位をもつ「タコ」型シクロファンは疎水性相互作用と配位相互作用により有機分子を強力に包接することが明らかになった。さらに、「かご」型シクロファンはD体のフェニルアラニンおよびL体のトリプトファンを選択的に包接し、アミノ酸の不斉認識を行う機能をもつことを見出した。
2.ビタミンB_6およびビタミンB_<12>活性を示す人工二分子膜脂質を合成した。すなわち、天然のビタミンB_6のピリジン環窒素を4級化し、2本の炭化水素鎖を導入した疎水性ビタミンB_6を合成した。また、疎水性ビタミンB_<12>にアスパラギン酸残基を有する合成脂質を共有結合的に導入した化合物を合成し、これが水中でアラニン残基をもつ合成脂質と混合二分子膜を形成することを明らかにした。
3.水中でアラニン残基を有する合成脂質が形成する合成二分子膜ベシクルと疎水性ビタミンB_<12>の非共有結合的組み合せにより人工酵素を構成し、炭素骨格の組み替えを伴う異性化反応を触媒的に進行させることに成功した。また、このビタミンB_<12>人工酵素系で反応生成物を与える最終段階の水素源を明らかにした。
4.水中でヒスチジン残基を有する合成脂質が形成する合成二分子膜ベシクルと疎水性ビタミンB_6の組み合せにより人工酵素を構成した。この触媒系によりセリンとインド-ルからトリプトファンを合成することに成功した。このビタミンB_6人工酵素は天然酵素と異なる立体選択性を発現し、D体のトリプトファンが優先的に生成することを見出した。

研究成果

• [文献書誌] Yukito Murakami: "Hydrophobic Vitamin B_<12>.VII.Ringーexpansion Reactions Catalyzed by Hydrophobic Vitamin B_<12> in Octopus Azaparacyclophane" Journal of the Coordination Chemistry. 21. 13-22 (1990)
• [文献書誌] Yoshio Hisaeda: "Preparation and Molecular Recognition Behavior of a Hexapus Azaparacyclophane" Tetrahedron Letter. 31. 1027-1030 (1990)
• [文献書誌] Yukito Murakami: "Hydrophobic Vitamin B_<12>.8.Carbonーskeleton Rearrangement Reactions Catalyzed by Hydrophobic Vitamin B_<12> in Octopus Azaparacyclophane" Bioorganic Chemistry. 18. 49-62 (1990)
• [文献書誌] Yukito Murakami: "Functionalized Bilayer Membranes as Artificial Tryptophan Synthase.Characterization of Catalytic Efficiency,Substrate Specificity,and Reaction Selectivity" Bulletin of the Chemical Society of Japan. 63. 2339-2345 (1990)
• [文献書誌] Yukito Murakami: "Enantioselective Catalysis by Artificial Tryptophan Synthase Formed with Functionalized Bilayer Membrane" Chemistry Letters. 1765-1768 (1990)
• [文献書誌] Yukito Murakami: "Syntheses of Macrocyclic Enzyme Models.7.Octopus Cyclophanes Having LーAspartate Residues as Novel Waterーsoluble Hosts;Aggregation Behavior and Inducedーfit Molecular Recognition" Journal of the American Chemical Society. 112. 7672-7681 (1990)
• [文献書誌] Yukito Murakami: "Inclusion Phenomena and Molecular Recognition" Plenum Press(New York),J.L.Atwood編, 11 (1990)
• [文献書誌] Yukito Murakami: "Advances in Supramolecular Chemistry" JAI Press(Greenwich,Connecticut),G.W.Gokel編, 36 (1990)