研究課題
ヘムタンパク質の補欠分子族として自然界に遍在するヘムは、四重鎖DNAに特異的に結合し、酸化触媒作用を示すヘム核酸複合体を形成する。本研究は、ヘム核酸複合体のヘムと四重鎖DNAの接触界面に孤立する水分子が軸配位子としてヘム鉄に結合していることを発見した私の研究成果に基づいて実施された。そして、当該特設分野研究の目標である、環境調和型、高効率かつ高選択的な化学反応を可能にする知見を得た。最終年度は、ヘム核酸複合体のヘム鉄の軸配位子である水分子の電子的性質を明らかにすると共に、ヘム核酸複合体の酸化触媒サイクルで生じる酸化反応活性種の検出に基づいて、ヘム核酸複合体の酸化触媒反応の機構を明らかにした。ヘム核酸複合体の酸化型ヘム鉄に、軸配位子の水分子に加えて、さらにもう一つの水分子を外部配位子として結合させた鉄三価高スピン状態のヘム鉄をもつH2O付加物を調製し、同様に鉄三価高スピン状態のヘム鉄をもつミオグロビンのH2O付加物とヘム側鎖のメチルプロトンに由来するNMRシグナルのシフト値を比較した結果、ヘム核酸複合体における軸配位子の水分子はヘム鉄に対して、ミオグロビンにおける軸配位子ヒスチジンと同程度の電子供与性を示すことが明かになった。したがって、ヘム核酸複合体の酸化触媒活性は、軸配位子の水分子の強い電子供与に起因することが明かとなった。したがって、軸配位子の水分子の強い電子供与が、ヘム核酸複合体のヘム鉄に結合した過酸化水素のO-O結合のヘテロリシスの促進を通して、酸化反応活性種である鉄４価オキソポルフィリンπカチオンラジカルの生成を促進することが明かになった。この結論は、ヘム鉄の電子密度が系統的に異なる一連の化学修飾ヘムを用いて調製したヘム核酸複合体の酸化触媒活性がヘム鉄の電子密度の減少に伴って低下することからも、確認された。
すべて 2020 2019 その他
すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (22件) (うち国際学会 8件、 招待講演 1件) 備考 (1件)
Bulletin of the Chemical Society of Japan
巻: 93 ページ: 621～629
10.1246/bcsj.20200013
Chemistry Letters
巻: 49 ページ: 530～533
10.1246/cl.200110
Analytical Chemistry
巻: 92 ページ: 5656～5660
10.1021/acs.analchem.0c00673
Colloids and Surfaces B: Biointerfaces
巻: 186 ページ: 110716～110716
10.1016/j.colsurfb.2019.110716
巻: 92 ページ: 1729～1736
10.1246/bcsj.20190157
http://www.chem.tsukuba.ac.jp/yamamoto/
