キノイドコファクターおよびキノプロテインの物理・構造化学的機能解析

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07660134
• 研究種目: 一般研究(C)
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 加納 健司 京都大学, 農学部, 助教授 (10152828)
• 研究分担者: 池田 篤治 京都大学, 農学部, 教授 (40026422)
• キーワード: キノイドコファクター / キノプロティン / 電子状態 / アミン酸化触媒反応 / 電子移動

研究概要

(1)微生物メチルアミン脱水素酵素のコファクターであるトリプトファントリプトフィルキノン(TTQ)のモデル化合物の酸化還元・酸塩基平衡に関する特性を電気化学的に明らかにした。また、酸化還元過程での中間体セミキノンラジカルの生成を電気化学的・電子スピン共鳴スペクトル(ESR)的に実証し、天然電子受容体であるアミシアニンへの1電子移動との関連でこの特性の重要性を論じた。さらに、ESR微細構造の帰属から、TTQの2つのインドール環のダイヘドラルアングルについての知見を得た。また、基質アナルグとしてのアンモニアとTTQの反応に関して、平衡論的・速度論的特性ならびに分光学的特性を明らかにした。
(2)種々のキノン類のベンジルアミンに対する非酵素敵酸化触媒能を電気化学的・液体クロマトグラフ的に比較検討した結果、本触媒能は、キノプロテイン脱水素酵素のコファクターであるピロロキノリンキノン(PQQ)、TQQといったオルトキノン類では大きく、それらに比べアミン酸化酵素のコファクターであるト-パキノン(TPQ)は小さく、さらに、通常のパラキノン類では観測できないことがわかった。これらの知見から、遊離TPQの触媒能が小さいのはオルト体とパラ体の互変異性平衡に起因すると考えられ、結果として、酵素中では、これまで提唱されてきたパラキノン構造より、むしろオルトキノン構造がその活性発現に寄与していることを示唆した。
(3)オルトキノン類による基質ベンジルアミン酸化過程においては、イミノキノン類似のラジカルが生成することをESR的に明らかにした。これは基質酸化過程で基質付加体から生成するアミノフェノールの自動酸化反応に由来すると考え、触媒反応速度のpH依存性の知見と合わせ酸化触媒反応機構に関して考察した。
(4)キノプロテインやフラボプロテインとそれらの電子供与体・受容体としてのキノン類との電子移動に関して、速度論的視点から理論的解釈を行った。また、これを基礎として得た電子移動に関する速度論的情報を、熱力学的モデルに基づき体系的に解釈した。

研究成果

• [文献書誌] Shinobu Itoh et. al.: "A Model Compound of Novel Cofactor Tryptophan Tryptophylzuinone of Bacterial Methylamine Dehydrogenases. Synthesis and Physicochemical Properties." Journal of American Chemical Society. 117. 1485-1493 (1995)
• [文献書誌] 加納健司: "キノノイドコファクターとキノプロテインの化学" 化学と生物. 33. 290-298 (1995)
• [文献書誌] Kenji Kano et, al.: "Quinone-Mediated Bioelectrochemical Reduction of NAD(P)^+ Catalyzed by Flavoproteins." Chemistry Letters. 1995. 589-590 (1995)
• [文献書誌] Yasuhiro Ogino et. al.: "Reaction between Diaphorase and Quinone Compounds in Bioelectrocatalytic Redox Reactions of NADH and NAD^+." Journal of Electroanalytical Chemistry. 396. 517-524 (1995)
• [文献書誌] Kazuyoshi Takagi et. al.: "Flavin-Mediated Two-way Bioelectrocatalysis of Lactate Dehydrogenase・ Reaction Combined with Diaphorase Reaction" Chemistry Letters. 1996. 11-12 (1996)
• [文献書誌] Tokuji Ikeda et. al.: "Measurements of Oxidoreductase-like Actibity of Intact Bacterial Cells by an Amperometric Method using a Membrane-Coated Electrode" Aralytical Chemistry. 68. 192-198 (1996)