プレニル鎖の鎖延長反応と環化反応における基質ー酵素間の精密構造認識と反応機構

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03236230
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 菅 隆幸 広島大学, 理学部, 教授 (00033811)
• 研究分担者: 平賀 良知 広島大学, 理学部, 助手 (10238347) ; 泉 俊輔 広島大学, 理学部, 助手 (90203116) ; 宗貞 清貴 広島大学, 理学部, 助手 (30166235) ; 太田 伸二 広島大学, 機器分析センター, 助教授 (60185270)
• キーワード: 高等植物 / ゲラニル二リン酸合成酵素 / 縮合面の立体化学 / 水素脱離の立体化学 / リモネン / 種特異的キラル発現機構 / 二リン酸基脱離の立体化学 / 二重結合形成機構

研究概要

1.ゲラニル二リン酸(GPP)はC_<10>のモノテルペノイド生合成の基本骨格を示す化合物である。高等植物において、GPPはファルネシル二リン酸生合成の中間体として生成するとされ、GPPのみを特異的に生合成するGPP合成酵素は存在しないとされていた。そこで、高等植物にGPP合成酵素が存在しているのかどうかを調べた。また、その酵素によるGPP生合成反応の機構を解明した。その結果(1)Takhtajanの被子植物系統樹における主な5ツの亜綱に属するゼラニウム、ミカン、ハッカ、クワ、ポインセチア、クスノキおよびホウショウのそれぞれにGPP合成酵素が存在していることを実証した。このことは、GPP合成酵素が高等植物に広く存在していることを示唆している。(2)GPP合成酵素によるGPP生合成におけるtransープレニル化の機構は、ジメチルアリル二リン酸がイソペンテニル二リン酸にsiーsi面付加、syn脱離の様式で縮合することを実証した。このtransープレニル化における立体生御は、動物や微生物の場合と同じであることを明らかにした。
2.ハッカおよびミカンのリモネン生合成酵素によって、非キラルなGPPが環化して種特異的に光学活性なリモネンが生合成される過程のキラル発現機構の解明を計った。その結果、(1)ハッカにおいて(S)ーリモネンが生合成される場合にはGPPの二リン酸基はsiーsi面側に脱離し、一方、ミカンにおいて(R)ーリモネンが生合成される場合にはreーre面側に脱離することを実証した。したがって、種特異的立体化学をもつリモネンが生合成される際のリモネンの4位のキラリティ-は,GPPからの二リン酸基の脱離の方向によって決定されることを明らかにした。(2)リモネンの8位二重結合の形成は立体特異的に制御されていて、(S)ーおよび(R)ーリモネンのいずれにおいてもGPPの10位メチル基からの位置選択的な水素脱離によっていることを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] T. Suga: "Remarkable Features of Chemical Constituents in the Flowers of Alnus Species" Trends in Org. Chem.1. 1-21 (1991)
• [文献書誌] Y. Hiraga: "Facile Synthesis of Regioselectively Deuteriated (3R)ー(ー)ー[8,8,8ー ^2H_3]Linalool" Chem. Lett.1991. 49-52 (1991)
• [文献書誌] H. L. Siddiqui: "Biologically Active Novel Clerodaneーtype Diterpene Glycosides from the Rootーstalks of Gleichenia japonica" Chem. Lett.1991. 701-704 (1991)
• [文献書誌] K. Munesada: "Cerebrosides of Frog Brain. Structure of the Ceramide Part of the Cerebrosides" J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1. 1991. 189-194 (1991)
• [文献書誌] T. Suga: "Geranyl Diphosphate Synthase in Leaves of Pelargonium Roseum" Phytochemistry. 30. 1757-1761 (1991)
• [文献書誌] K Munesada: "Absolute Configurations of Pittosporatobiraside A and B from Pittosporum tobira" Phytochemistry. 30. 4158-4159 (1991)
• [文献書誌] S. Izumi: "Synthesis of[10,10,10ー ^2H_3]Geranyl Diphosphate" J. Labelled Compd. Radiopharm.29. 591-597 (1991)
• [文献書誌] 菅 隆幸: "赤潮プランクトンの魚毒活性物質" 水. 33. 18-23 (1991)
• [文献書誌] T. Endo: "Demonstration of Geranyl Diphosphate Synthase in Several Higher Plants" Phytochemistry. 31. (1992)
• [文献書誌] T. Endo: "Stereochemistry in the Biosynthesis of Geranyl Diphosphate by Geranyl Diphosphate Synthase from Pelagonium roseum" phytochemistry. 31. (1992)
• [文献書誌] K. Munesada: "Biologically Active Labdaneーtype Diterpene Glycosides from the Rootーstalks of Gleichenia japonica" Phytochemistry. 31. (1992)
• [文献書誌] D. I. Ito: "facilitation of Diphosphate Group Elimination from Geranyl Diphosphate by Magnesium Ion Chelation in Cyclic Monoterpenoid Biosynthesis" J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1. 1992. (1992)
• [文献書誌] H. L. Siddiqui: "Biologically Active Clerodaneーtype Diterpene alcohol and its Glycosides from the Rootーstalks of Ferns" J. Chem. Soc.,Prekin Trans. 1. 1992. (1992)