酵素の捕捉・活性化機能を有する非ヘム酵素の構造及び機能モデルの構築と反応制御

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11228203
• 研究機関: 名古屋工業大学
• 研究代表者: 増田 秀樹 名古屋工業大学, 工学部, 教授 (50209441)
• 研究分担者: 実川 浩一郎 名古屋工業大学, 工学部, 助教授 (50235793)
• キーワード: 鉄-パーオキソ錯体 / 非ヘム酵素モデル / α-ヒドロキシ化 / 鉄-ハイドロパーオキソ錯体 / カテコールジオキシゲナーゼモデル / 酸素の可逆的脱着機能 / ヘムエリスリンモデル / 酸化触媒

研究概要

生体内で非ヘム酵素が示す酸素や過酸との反応挙動を、活性中心周辺の環境を規範としたモデル錯体を新規に設計・合成し、その酸素種等との反応挙動について検討した。その結果、(i)酸素の可逆的脱着機能を有するヘムエリスリンの機能モデルの合成に成功し、機能の本質は鉄の酸化還元電位よりも二核鉄周辺の疎水場が重要な役割を果たすことを初めて明らかにした。(ii)生体系における反応中間体である非ヘム鉄-ハイドロパーオキソ錯体の安定合成、およびその構造確認に成功し、単離した鉄錯体による有機物との酸化反応の結果から、O-O結合の開裂はホモリティックで、生成した活性種は親核的性質を有する[Fe-O・]であることを明らかにした。この結果は生体系に存在する2種類の鉄酵素であるヘム酵素と非ヘム酵素の役割の本質的な違いを指摘した。(iii)生体系が示す生体防御機構の一つであるSOD活性における、亜鉛の役割を検討するために、亜鉛の酸素種錯体の合成を検討した。その結果、亜鉛(II)-ハイドロパーオキソ錯体の合成・確認に初めて成功した。このことにより、Cu-Zn SODによるスーパーオキサイドイオンの分解反応における亜鉛の関与の可能性を初めて指摘した。(iv)また、これらの成果はルテニウム等の金属錯体による有機物の酸化触媒反応の可能性を秘めており、その可能性について検討したところ、酸化触媒としての機能を発現すること、またその制御が可能であることが明らかにされた。

研究成果

• [文献書誌] R.Yamahara: "(Catecholato) iron (III) Complexes with Tetradentate Tripodal Ligands Containing Substituted Phenol and Pyridine Units as Structural and Functional Model Complexes for the Catechol-bound Intermediate of Intradiol-cleaving Catechol Dioxygenases"Inorg.Chim.Acta. 300-302. 749-761 (2000)
• [文献書誌] H.Arii: "A Novel Diiron Complex as a Functional Model for Hemerythrin"J.Inorg.Biochem. 82. 153-162 (2000)
• [文献書誌] K.Jitsukawa: "A Substrate-Specific α-Hydroxylation of Dipeptides Mediated upon a Co (III)-terpyridine Complex : A Functional Model for Peptidylglycine α-Hydroxylating Monooxygenase"Chem.Lett. 2001. 30-31 (2001)
• [文献書誌] A.Wada: "Reactivity for a Hydroperoxide Bound to Mononuclear Non-Heme Iron Site"Inorg.Chem. (印刷中). (2001)
• [文献書誌] K.Matsumoto: "Crystal Structure and Redox Behavior of a Novel Siderophore Model System : A Trihydroxamato-iron (III) Complex with Intra- and Interstrand Hydrogen Bonding Networks"Inorg.Chem. 40. 190-191 (2001)
• [文献書誌] K.Jitsukawa: "Reverse Reactivity in Hydroxylation of Adamantane and Epoxidation of Cyclohexene Catalyzed by the Mononuclear Ruthenium-oxo Complexes with 6-Substituted Tripodal Polypyridine Ligands"Tetrahedron Lett. (印刷中). (2001)