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2001 年度 研究成果報告書概要

モノオキシゲナーゼの構築-P450酸化活性種の蛋白モデルによる検証

研究課題

研究課題/領域番号 11490036
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 広領域
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, 統合バイオサイエンスセンター, 教授 (10201245)

研究分担者 上野 隆史  岡崎国立共同研究機構, 統合バイオサイエンスセンター, 助手 (70332179)
小江 誠司  大阪大学, 大学院工学研究科, 助教授 (60290904)
小崎 紳一  山形大学, 教育学部, 助教授 (40280581)
研究期間 (年度) 1999 – 2001
キーワードP450 / ヘム / ミオグロビン / 酸化活性種 / 酸化反応
研究概要

本申請者らは、ミオグロビン(Mb)をヘム蛋白質の基本骨格を提供するモデル蛋白質としてとらえ、Mbの活性中心のミューテーションによってシトクロームP450やペルオキシダーゼ機能を賦与する研究を行ってきた。その結果、酸化活性種であるMb・O=Fe^<IV>Porphyrin^<+・>(Por^<+・>)の観測に初めて成功し、オレフィンやスルフィドなどの外来基質のMb・O=Fe^<IV>Por^<+・>による酸化反応の過程が、スペクトル変化として直接観測可能であることを示した。こうした成果に基づき、本研究では、1)シトクロームP450が触媒する種々の酸化反応が、Mb・O=Fe^<IV>Por^<+・>によって進行するか?酸化生成物はP450によるものと同じか否かを検討した。
最初に検討した反応は、スルフィドのスルフォキシドへの酸化反応である。ペルオキシダーゼの酸化活性種(O=Fe^<IV>Por^<+・>)はスルフィドの一電子酸化反応を行うのに対して、ミオグロビンのO=Fe^<IV>Por^<+・>は酸素添加反応を行うことが明らかになり、標的としたP450型の酸化反応を行うことを初めて証明した。
次に、高難度酸化反応でありP450のみが触媒可能な芳香環の酸化反応を検討した。基質としてトリプトファンを用い、部位特異的アミノ酸置換によってフェニルアラニン43の位置にトリプトファンを導入した。酸化反応を行ったところ、トリプトファンの芳香環が予想された位置選択性で水酸化されることが明らかになり、P450以外のヘム酵素として初めての水酸化反応が達成できた。

  • 研究成果

    (33件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (33件)

  • [文献書誌] T.Matsui: "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] T.Murakami: "Effects of the 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] Y.Goto: "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] A.Wada: "Synthesis and Characterization of Novel Alkylperoxo Mononuclear Iron(III) Complexes with a Tripodal Pyridylamine Ligands : A Model for Peroxo Intermediates in Reactions Catalyzed by Non-Heme Iron Enzymes"Inorg.Chem.. 38. 3592-3593 (1999)

  • [文献書誌] T.Matsui: "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] S.Ogo: "pH-Dependent Transfer Hydrogenation of Water-Soluble Carbonyl Compounds with [Cp^*Ir^<III> (H_2O)_3]^<2+> (Cp^*=η^5-C_5Me_5) as a Catalyst Precursor and HCOONa as a Hydrogen Donor in Water"Organometallics. 18. 5470-5474 (1999)

  • [文献書誌] M.P.Roach: "Investigations of the Myoglobin Cavity Mutant H93G with Unnatural Imidazole Proximal Ligands as a Modular Peroxide O-O Bond Cleavage Model System"Biochemistry. 39. 1446-1454 (2000)

  • [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. 589-596 (2000)

  • [文献書誌] H.Hayashi: "A Bis(μ-oxo)dicopper(II) Complex with Sterically Hindered Aromatic Nitrogen Donors : Structural Characterization, Reversible Conversion, and Reactivity"J.Am.Chem.Soc.. 122. 2124-2125 (2000)

  • [文献書誌] K.Shiren: "Synthesis, Structures, and Properties of Bis(m-oxo)nickel(III) and Bis(m-superoxo)nickel(II) Complexes : An Unusual Conversion of a Ni(III)_2(μ-O)_2 Core into a Ni(II)_2(μ-OO)_2 Core by H_2O_2 and Oxygenation of Ligand"J.Am.Chem.Soc.. 122. 254-262 (2000)

  • [文献書誌] M.P.Roach: "Proximal Ligand Control of Heme Iron Coordination Structure and Reactivity with Hydrogen Peroxide : Investigations of the Myoglobin Cavity Mutant H93G with Unnatural Oxygen Donor Proximal Ligands"J.Inorg.Biochem.. 81. 173-182 (2000)

  • [文献書誌] H.Ohtsu: "Characterization of Imidazolate-Bridged Cu(II)-Zn(II) Heterodinuclear and Cu(II)-Cu(II) Homodinuclear Hydroperoxo Complexes as Reaction Intermediate Models of Cu, Zn-SOD"J.Chem.Soc.Chem.Commun.. 1051-1052 (2000)

  • [文献書誌] S.Ozaki: "Molecular Engineering of myoglobin : The Improvement of Oxidation Activity by Replacing Phe-43 with Tryptophan"Biochemistry. 40. 1044-1052 (2000)

  • [文献書誌] N.Makihara: "pH-Selective Hydrogenation of Water-Soluble Carbon Compounds and Alkenes with [Cp^*Ir^<III>(H_2O)_3]^<2+> (Cp^*=η^5C_5H_5) as a Catalyst Precusor in Very Acidic Media"Organometallics. 20. 497-500 (2001)

  • [文献書誌] H.Ohtsu: "Characterization of Imidazolate-Bridged Dinuclear and Mononuclear Hydroperoxo Complexes"Inorg.Chem.. 40. 3200-3207 (2001)

  • [文献書誌] N.Haruta: "Protein Conformation Change of Myoglobin upon Ligand Binding Probed by Ultraviolet Resonance Raman Spectroscopy"Biochemistry. 40. 6956-6963 (2001)

  • [文献書誌] S.Herold: "Peroxynitrite Isomerization Catalyzed by His64 Myoglobin Mutants"J.Am.Chem.Soc.. 123. 4085-4086 (2001)

  • [文献書誌] T.Tomita: "Elucidation of the Differences between the 430 and 455-nm Absorbing Forms of P450-Isocyanide Adducts by Resonance Raman Spectroscopy"J.Biol.Chem.. 276. 36261-36267 (2001)

  • [文献書誌] S.Ogo: "pH-Dependent Transfer Hydrogenation, Reductive Amination, and Dehalogenation of Water-Soluble Carbonyl Compounds and Alkyl halides Promoted by Cp^*Ir Complexes"Organometallics. 20. 4903-4910 (2001)

  • [文献書誌] I.Hara: "Oxidative Modification of Tryptophan-43 in the Heme Vicinity of the F43W/H64L Myoglobin Mutant"J.Biol.Chem.. 276. 36067-36070 (2001)

  • [文献書誌] S.Ogo: "pH-Dependent H2-Activation Cycle to Reducection of Nitrate Ion by Metal Complexes"J.Am.Chem.Soc.. 124. 597-601 (2002)

  • [文献書誌] A.Wada: "Reactivity of Hydrogen peroxide Bound to a Mononuclear Non-Heme iron Site"Inorg.Chem.. 41. 616-618 (2002)

  • [文献書誌] K.Hashimoto: "A New Mononuclear Iron(III) Complex Containing a Peroxocarbonate Ligand"Angew.Chem.Int.Ed.. 41. 1201-1205 (2002)

  • [文献書誌] S.Kato: "Asymmetric Sulfoxidation and Amine Binding by H64D/V68A and H64D/V68S Mb : Mechanistic Insight into the Chiral Discrimination Step"J.Am.Chem.Soc.. 124. 8506-8507 (2002)

  • [文献書誌] S.Ozaki: "Rational Molecular Design of a Catalytic Site : Engineering of Catalytic Function to the Myoglobin Active Site Framework"Coordination Chem.Rev.1. 198. 39-59 (2000)

  • [文献書誌] Y.Watanabe: "Asymmetric Oxidation of Sulfides and Olefins by Myoglobin Mutants"Rev.Heteroatom Chem.. 22. 135-150 (2001)

  • [文献書誌] L.Que, Jr.: "Oxygenase Pathways : Oxo, Peroxo, and Superoxo"Science. 292. 651-653 (2001)

  • [文献書誌] S.Ozaki: "Investigations of the Roles of the Distal Heme Environment and the Proximal Heme Iron Ligand in Peroxide Activation by Heme Enzymes via Molecular Engineering of Myoglobin"Acc.Chem.Res.. 34. 818-825 (2001)

  • [文献書誌] Y.Watanabe: "Two-Electron Oxidized Derivatives of Fe(III) Porphyrins"J.Biol.Inorg.Chem.. 6. 846-856 (2001)

  • [文献書誌] Y.Watanabe: "Constraction of Heme Enzymes : Four Approaches"Curr.Opin.Chem.Biol.. 6. 208-216 (2002)

  • [文献書誌] 渡辺芳人: "人工ヘム酵素の分子設計"Electrochemistry. 68. 996-1001 (2000)

  • [文献書誌] Y.Watanabe: "The Porphyrin Handbook"Academic Press. 22 (1999)

  • [文献書誌] Y.Watanabe: "Structure and Bonding"Springer Verlag. 28 (2000)

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公開日: 2003-09-17   更新日: 2016-04-21  

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