研究課題
本研究の成果のうち、代表してアセチルCoA合成酵素(ACS)活性部位モデルの合成とモデルによる酵素反応の解析について以下に概要を述べる。ACSは炭素固定サイクルの一端を担い、COデヒドロゲナーゼで生成したCOとコバラミン由来のメチル基を基質として、チオールであるCoAのアセチル化を触媒する。ACSの活性中心は[Fe_4S_4]クラスターとニッケル二核錯体からなり、CoAからアセチルCoAへの変換反応はニッケル二核錯体によって触媒されると考えられている。本研究では錯体化学の観点から、ACSの活性サイトに存在するニッケル二核部位に着目し、その構造を再現する錯体を合成して反応性を詳細に検討することによって、ACSの酵素機構に新たな示唆を与える重要な成果を得た。ACS活性中心のニッケル二核部位にあるCys-Gly-Cys配列を模倣する[N_2S_2]配位子と適切なニッケル前駆体から合成したカチオン性Ni(II)-Ni(II)二核錯体は、メチル基およびチオラートと反応し、メチル/チオラート二核錯体を与えた。この錯体に室温でCOを作用させたところ、Ni-CH_3結合にCOが挿入してアセチル/チオラート二核錯体となり、さらにアセチル基とチオラート配位子が還元的に脱離してチオエステルとNi(II)-Ni(O)二核錯体が生成した。このNi(II)-Ni(O)錯体は、メチルコバラミンに類似したCo(III)メチル錯体およびチオラートと順次反応してメチル/チオラート二核錯体を再生した。この反応系は、アセチルCoA合成酵素の反応サイクルを再現している。つまり、ACSの酵素反応がNi(II)〓Ni(O)のサイクルを利用した有機金属反応として理解できることを、実験化学的に初めて証明するものである。これは、還元系金属酵素の機能と有機金属化学の接点を明らかにした重要な成果である。
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