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

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07660134
• 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 / キノプロテイン / アミン酸化触媒反応 / 酸化還元電位 / オルトキノン / ボルタンメトリー / カラム電解分光分析法

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・酸塩基反応的物理化学特性、およびラジカル電子状態に関するに分光特性を明らかにするとともに、基質アナルグとしてのアンモニアとの反応性についても詳細に検討し、TTQの物理・構造化学的特性と酵素化学特性との関連について言及した。
2 各種キノン類の分光電気化学的情報を得るために、カラム電解分光分析法を開発した。さらに、本法をピロロキノリンキノン(PQQ)を有機コファクターとするキノヘモプロテイン・アルコール脱水素酵素の酸化還元反応解析に適用して、その5段階電子移動の詳細な平衡論的知見を得ることに成功した。
3 銅アミン酸化酵素のコファクターであるト-パキノン(TPQ)のモデル化合物を種々合成した。さらにこれらTPQとTTQのモデル化合物およびPQQを用い、これらのアミン酸化触媒反応を、電気化学的並びに液体クロマトグラフ的に追跡し、詳細な速度論的解析を行った。またその反応中間体ラジカルの電子スピン共鳴特性に関する知見を得た。これらの結果は、アミノ基転移反応機構で合理的かつ統一的に説明できた。
4 キノイド化合物の構造とアミン触媒能との関係から、アミン酸化触媒能の発現には、電子的に非対称なオルトキノン構造が重要であることを示唆した。また遊離TPQは、オルト-パラ体の間の中間的電子構造を有するため、その触媒活性がオルト体であるTTQやPQQに比べて小さくなることを示唆した。さらに、還元型キノン類の自動酸化過程では、セミキノンラジカルが酸素分子により1電子還元されることを明らかにした。
5 3および4で得られた知見を基に、銅アミン酸化酵素中の無機コファクターである銅イオンは、TPQに弱く配位することにより、それをオルトキノン的電子状態にし触媒活性を向上させるとともに、基質により2電子還元されたTPQコファクターに対して分子内1電子受容体として機能し、自動酸化を促進してする、という新規提案を行った。

研究成果

• [文献書誌] Kenji Kano et.al.: "Electrochemical Evaluation of Redox Enzyme Reaction Kiuetics Based on Mediated Bioelectrocatalysis in Solution" Chemistry Letters. 1996・6. 439-440 (1996)
• [文献書誌] Masahiro Aoki et.al.: "Significance of Clricase in Oxidase-Induced Oxidative Coloring Reaction of p-Pheuyleuediamine" The Journal of Organic Chemistry. 61・16. 5610-5616 (1996)
• [文献書誌] Tokuji Ikeda et.al.: "Electrochemical Control of Hydrogenase Action of Desalfovibrio vulgeris (Hildenborough)" Chemistry Letters. 1997・1. 5-6 (1997)
• [文献書誌] 加納健司 他: "ボルタンメトリー" ぶんせき. 1997・2. 121-126 (1997)
• [文献書誌] Kenji Kano et.al.: "Mechanistic Study of Amine Oxidation Catalyzed by Quinonoid Cofactons" Journal of Chemical Society,Parkin Transactions 2. (in press). (1997)
• [文献書誌] Masaki Torimura et.al.: "SPECTROELECTROCHEMICAL CHARACTERIZATION OF QUINOHEMOPROTEIN ALCOHOL DEHYDROGENASE FROM GLUCONOBACTER SUBOXYDANS" Chemistry Letters. (in press). (1997)