人工金属蛋白質の分子設計

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11228208
• 研究種目: 特定領域研究(B)
• 研究機関: 岡崎国立共同研究機構
• 研究代表者: 渡辺 芳人 岡崎国立共同研究機構, 分子科学研究所, 教授 (10201245)
• 研究分担者: 小江 誠司 岡崎国立共同研究機構, 分子科学研究所, 助手 (60290904) ; 小崎 伸一 山形大学, 教育学部, 助教授 (40280581)
• キーワード: ヘム蛋白質 / ペルオキシダーゼ / カタラーゼ / 電子移動 / ミオグロビン

研究概要

ヘム蛋白は、共通の活性中心(ヘム)を用いて生体内で様々な役割を果たしているが、様々な機能を発現させるためには、ヘム近傍残基の役割が重要と考えられる。本研究は、酵素と規範とはして本来酵素活性に乏しいヘム蛋白質のヘム近傍構造を改変し、様々な酵素活性を賦与することを目的としている。具体的には、分子状酸素の運搬体であるミオグロビン(Mb)の基本骨格を利用し、ペルオキシダーゼへの機能改変を達成するため部位特異的アミノ酸置換を行った。
今回研究に用いたMbミュータントの酸化活性種がペルオキシダーゼで観測されるcompound I様の化学種か否かを検討するために、各種酸化剤との反応を検討したところ、m-chloroperbenzoic acidと様々なミュータントの反応において、compound Iのスペクトルが得られた。
アミン類のペルオキシダーゼによる酸化では、基質からペルオキシダーゼへの二度にわたる一電子移動反応機構が明らかにされているが、今回用いたミオグロビンミュータントの場合にも、全く同様な反応機構で酸化反応が進行していることを明らかとした。特にアミン類としてジメチルアニリンを用い、メチル基の水素を全て、もしく一部を重水素化することで酸化反応に於ける重水素効果を系統的に検討した。更に、本ミュータントには、高いカタラーゼ活性があることを見出し、現在反応機構に関する検討を行っている。

研究成果

• [文献書誌] Y.Goto 他: "Mechanisms of Sulfoxidation Catalyzed by High-Valent Intermediates of Heme Enzymes : Electron Transfer vs Oxygen Transfer Mechanism"J.Am.Chem.Soc. 121. 9497-9502 (1999)
• [文献書誌] T.Matsui 他: "Formation and Catalytic Roles of Compound I in the Hydrogen Peroxide-Dependent Oxidations by His64 Myoglobin Mutants"J.Am.Chem.Soc. 121. 9952-9957 (1999)
• [文献書誌] T.Murakmi 他: "Effects of Arrangement of Distal Catalytic Residue on Regioselectivity and Reactivity in the Coupled oxidation of Sperm Whale Myoglobin Mutants"J.Am.Chem.Soc. 121. 2007-2011 (1999)
• [文献書誌] S.Ozaki 他: "Asymmetric Oxidation Catalyzed by Myglobin Mutants, "Tetrahedron Asymmetry"Tetrahedron Asymmetry. 10. 183-192 (1999)
• [文献書誌] T.Matsui 他: "Effects of the Location of Distal Histidine in the Reaction of Myoglobin with Hydrogen Peroxide"J.Biol.Chem. 273. 2838-2844 (1999)
• [文献書誌] Y.Watanabe: "High-Valent Intermediates"The Porphyrin Handbook. 4. 9497-9502 (1999)
• [文献書誌] M.P.Roach 他: "Investigations of the Myoglobin Cavity Mutant H93G with Unnatural Imidazole Proximal Ligands as a Modular Peroxide O-O Bond Cleavage Model System"Biochemistry. 39. 2007-2011 (1999)