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2019 年度 実績報告書

過酸化水素駆動型P450の分子設計

研究課題

研究課題/領域番号 17H03087
研究機関名古屋大学

研究代表者

渡辺 芳人  名古屋大学, 物質科学国際研究センター, 名誉教授 (10201245)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード酵素 / 触媒 / シトクロムP450 / 過酸化水素 / 鉄ポルフィリン錯体 / 酸化反応 / 不均化反応 / 酸素
研究実績の概要

シトクロムP450(P450)は,アルカンなどの不活性有機基質の水酸化反応を触媒することから,高難度水酸化反応への応用が期待されているが、酸化活性種の生成には、高価な還元剤のNAD(P)Hが必須であり物質合成への適用はコスト的に見合わないと考えられてきた.安価な過酸化水素を利用可能なシトクロムP450を改変することによって,不活性有機基質を高効率に水酸化するとともに高い位置立体選択的反応が可能なバイオ触媒システムの開発を試みた.過酸化水素駆動型シトクロムP450であるP450BSβやP450SPαなどのCYP152ファミリーに属するP450は、過酸化水素を利用可能なP450であるが、基質に対する選択制が高く、対象とする基質以外の酸化反応活性は著しく低い。P450BSβやP450SPαは、長鎖脂肪酸の水酸化酵素であり、長鎖脂肪酸のカルボキシル基が過酸化水素を用いる酸化活性種の生成反応において、プロトンの受け渡しを行う一般酸塩基触媒として機能するため、長鎖脂肪酸に対して高い選択制を示す。過酸化水素駆動型P450によく保存されているヘム近傍のアルギニンをリジンに置換すると、スチレンやメトキシナフタレン、ベンゼンなどを酸化できるようになることを本研究で明らかにした。また、アルギニンをリジンに置換した変異体の結晶構造を明らかにした。過酸化水素濃度を上げた長鎖脂肪酸の水酸化反応では、脂肪酸の脱炭酸反応が進行することなども報告した。さらに、過酸化水素の分解反応であるカタラーゼ活性を調べ、P450BSβやP450SPαがカタラーゼ活性を持ち、長鎖脂肪酸よりも鎖長の短いアルキルカルボン酸の存在下では、カタラーゼ活性も促進されることなどを明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Molecular Design and Regulation of Metalloenzyme Activities through two Novel Approaches: Ferritin and P450s2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Watanabe, Y. Aiba, S. Ariyasu, S. Abe
    • 雑誌名

      Bull. Chem. Soc. Jpn.

      巻: 93 ページ: 379-392

    • DOI

      10.1246/bcsj.20190305

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Hoodwinking Cytochrome P450BM3 into Hydroxylatiing Non-Native Substrates by Exploiting Its Substrate Misrecognition2019

    • 著者名/発表者名
      O. Shoji, Y. Aiba, Y. Watanabe
    • 雑誌名

      Acc. Chem. Res.

      巻: 52(4) ページ: 925-934

    • DOI

      10.1021/acs.accounts.8b00651

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The effect of decoy molecules on the activity of the P450BM3 holoenzyme and a heme domain peroxygenase variant2019

    • 著者名/発表者名
      S. Dezvarei, O. Shoji, Y. Watanabe, S. G. Bell
    • 雑誌名

      Catalysis Communications

      巻: 124 ページ: 97-102

    • DOI

      10.1016/j.catcom.2019.03.004

    • 査読あり
  • [学会発表] 生体で活躍する金属イオン2019

    • 著者名/発表者名
      渡辺芳人
    • 学会等名
      立命館大学「生物無機化学フロンティア講義」
  • [学会発表] 金属酵素の分子設計と機能制御2019

    • 著者名/発表者名
      渡辺芳人
    • 学会等名
      慶應義塾大学理工学部化学科講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] 蛋白質を反応場とする金属触媒設計2019

    • 著者名/発表者名
      渡辺芳人
    • 学会等名
      近畿大学「サイエンスシンポジウム 躍動する物質科学・脳科学の最前線」
    • 招待講演
  • [学会発表] Molecular Design and Regulation of Metalloenzyme Activities2019

    • 著者名/発表者名
      渡辺芳人
    • 学会等名
      分子研シンポジウム(IMS Symposium)
    • 招待講演
  • [学会発表] Molecular Design of Metalloenzymes2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Watanabe
    • 学会等名
      KAIST 7th Kim Yong Hae Lecture
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2021-01-27  

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