人工金属蛋白質の分子設計

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11228208
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 渡辺 芳人 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 教授 (10201245)
• 研究分担者: 小崎 紳一 山形大学, 教育学部, 助教授 (40280581) ; 小江 誠司 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (60290904) ; 上野 隆史 名古屋大学, 物質科学国際研究センター, 助手 (70332179)
• キーワード: ミオグロビン / 不斉酸化 / シッフ塩基 / 人工金属酵素

研究概要

本年度は、反応場を設計したミオグロビンミュータントによる不斉酸化反応が、どのような機構によって誘導されるかを検討した。具体的には、チオアニソールの酸化生成物であるスルフォキシドの構造類似体の1-フェニルエチルアミンの光学異性体であるR体とS体が、それぞれミオグロビンミュータントに対して配位する際の結合速度と解離速度を求めた。その結果、結合速度に差異は見られず、解離速度が大きく異なることが明かとなった。スルフォキシドのR体-S体選択性と比較することにより、「ミオグロビンによる不斉酸化は、遷移状態から生成物が生ずる過程で発現される」と結論された。
一方、ヘムとは構造が大きく異なる金属錯体をアポミオグロビンに挿入し、人工金属酵素を創成する研究では、金属(シッフ塩基)・アポミオグロビン(金属=Fe^<III>,Mn^<III>,Cr^<III>)複合体の結晶構造の解析に成功した。金属錯体周辺の構造を見ると、シッフ塩基配位子と周辺アミノ酸側鎖とのπ-πスタッキングやアルキル基同士の疎水性相互作用が重要な役割を果たしていることが明らかになった。さらに、ミオグロビンのヘムに配位していたヒスチジン93が金属錯体に配位し、金属錯体がヘムに置き換わった構造が基本となり、配位子-蛋白側鎖間の相互作用が二次的な摂動を加えることで、最終的な構造を与えると結論された。さらに、有機溶媒中では平面構造をとる金属錯体が、蛋白内部ではベント構造を取り、基質が入り込む空間を塞いでいることから、人工金属酵素の酸化反応活性が低い理由の一端が解明された。従って、今後は、外来基質が金属錯体近傍に接近できうる空間を保証する蛋白の設計を行う予定としている。

研究成果

• [文献書誌] Y.Watanabe: "Constraction of Heme Enzymes : Four Approaches"Curr.Opin.Chem.Biol.. 6. 208-216 (2002)
• [文献書誌] Y.Watanabe: "Rational Molecular Design of a Catalytic Site : Engineering of Catalytic Functions to the Myoglobin Active Site Framework"Ind.J.Chem.. 41. 86-87 (2002)
• [文献書誌] A.Wada, S.Ogo, S.Nagatomo, T.Kitagawa, Y.Watanabe, K.Jitsukawa, H.Masuda: "Reactivity of Hydrogen peroxide Bound to a Mononuclear Non-Heme iron Site"Inorg.Chem.. 41. 616-618 (2002)
• [文献書誌] K.Hashimoto, S.Nagatomo, S.Fujinami, H.Furutachi, S.Ogo, M.Suzuki, A.Uehara, Y.Maeda, Y.Watanabe, T.Kitagawa: "A New Mononuclear Iron(III) Complex Containing a Peroxocarbonate Ligand"Angew.Chem.Int.Ed.. 41. 1201-1205 (2002)
• [文献書誌] S.Ogo, T.Abura, Y.Watanabe: "pH-Dependent Transfer Hydrogenation of ketones with HCOONa as a Hydrogen Donor Promoted by (η^6-C_6Me_6)Ru Complexes"Organometallics. 21. 2964-2969 (2002)
• [文献書誌] R.Yamahara, S.Ogo, H.Masuda, Y.Watanabe: "(Catecholata)iron(III) Complexes : Structural and Functional Models for the Catechol-Bound iron(III) Form of Catechol Dioxygenase"J.Inorg.Biochem.. 88. 284-294 (2002)
• [文献書誌] H.Nakai, S.Ogo, Y.Watanabe: "pH-Dependent Cross-Coupling reactions of water-Soluble organic halides with organoboron Compounds Catalyzed by the organometallic Aqua Complex [(SCS)Pd^<II>(H_2O)]^+ (SCS=C_6H_3-2,6-(CH_2SBut)_2)"Organometallics. 21. 1674-1678 (2002)
• [文献書誌] S.Ogo, R.Yamahara, M.Roach, T.Suenobu, M.Aki, T.Ogura, T.Kitagawa, H.Masuda, S.Fukuzumi, Y.Watanabe: "Structural and Spectroscopic Features of a cis (Hydroxo)-FeIII-(Carboxylato) Configuration as an Active Site Model for Lipoxygenases"Inorg.Chem.. 41. 5513-5530 (2002)
• [文献書誌] T.Abura, S.Ogo, Y.Watanabe, S.Fukuzumi: "Isolation and Crystal Structure of Water-Soluble Iridium Hydride. Robust and Highly Active Catalyst for Acid-Catalyzed Transfer Hydrogenations of Carbonyl Compounds in Acidic Media"J.Am.Chem.Soc.. 125(印刷中). (2003)
• [文献書誌] M.Ohashi, T.Koshiyama, T.Ueno, M.Yanase, H.Fujii, Y.Watanabe: "Isolation and Crystal Structure of Water-Soluble Iridium Hydride. Preparation of Artificial Metalloenzymes by Insertion of Chromium(III)Schiff Base Complexes into Apomyoglobin Mutants"Angew.Chem.Int.Ed.. 42. 1005-1008 (2003)