酵素触媒反応の原動力となる金属活性種と量子化学計算の新展開

2014 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 25410071
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 塩田 淑仁 九州大学, 先導物質化学研究所, 准教授 (70335991)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 理論計算 / 量子化学 / 遷移状態 / 反応機構解析 / インド / 中国

研究実績の概要

酵素触媒反応の原動力となる金属活性種の電子構造およびその反応性について探索するため、量子化学計算による理論研究を展開する。酵素はメタン活性化などの困難な化学反応を常温常圧で高選択的に触媒しており、これらの生体反応は主にタンパク質環境下にある金属活性点で起こる。反応素過程で生成する中間体のスピン状態変化およびタンパク質中の電子移動が、金属の関与する酵素触媒反応を理解するための鍵となる。量子化学計算は有効な研究手段となる。本研究では、反応性に関する理解を飛躍的に深めるため、金属活性種の生成およびそれに関与する電子移動について理論的に研究し、反応の活性制御を目指す.本年度までに研究の目的である金属酵素の二核銅活性点による反応がほぼ明らかとなった。とくにメタン酸化酵素がどのように安定なメタンを活性化させるかを理論的に解明した。これらの結果は学会発表、論文投稿を通じて公開された。これらの知見をもとに他の金属酵素についても同様の解析を今後行う予定である。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

関連する研究において計画以上に、学会発表、原著論文を発表し成果をあげることができた。
実験研究者との共同研究、外国人研究者との共同研究も進展した。

今後の研究の推進方策

研究は順調に進展しており、研究計画通りに引き続き実施する

研究成果

• [雑誌論文] Controlling the Redox Properties of a Pyrroloquinolinequinone (PQQ) Derivative in a Ruthenium(II) Coordination Sphere (2015)
  • 著者名/発表者名: Mitome, H.; Ishizuka, T. Shiota, Y.; Yoshizawa, K.; Kojima, T.
  • 雑誌名: Dalton Trans. 巻: 44 ページ: 3151-3158
  • DOI: 10.1039/C4DT03358B
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation and Characterization of a Reactive Chromium(V)-Oxo Complex: A Mechanistic Insight into Hydrogen-Atom Transfer Reactions (2015)
  • 著者名/発表者名: Kotani, H.; Kaida, S.; Ishizuka, T.; Sakaguchi, M.; Ogura, T.; Shiota, Y.; Yoshizawa, K.; Kojima, T.
  • 雑誌名: Chem. Sci. 巻: 6 ページ: 945-955
  • DOI: 10.1039/C4SC02285H
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Ferromagnetically Coupled Fe42 Cyanide-Bridged Nanocage (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Kang, H. Zheng, T. Liu, K. Hamachi, S. Kanegawa, K. Sugimoto, Y. Shiota, Hayami, M. Mito, T. Nakamura, M. L. Baker, H. Nojiri, K. Yoshizawa, C. Duan, and O. Sato
  • 雑誌名: Nature Commun 巻: 6 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1038/ncomms6955
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Hydrogen Atom Abstraction Reactions Independent of C-H Bond Dissociation Energies of Organic Substrates in Water: Significance of Oxidant-Substrate Adduct Formation (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Ishizuka, S. Ohzu, H. Kotani, Y. Shiota, K. Yoshizawa, T. Kojima
  • 雑誌名: Chem. Sci. 巻: 5 ページ: 1429-1436
  • DOI: 10.1039/C3SC53002G
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Roles of Carboxylate Donors in O-O Bond Scission of Peroxodiiron(III) to High-Spin Oxodiiron(IV) with a New Carboxylate-Containing Dinucleating Ligand (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Kodera, T. Tsuji, T. Yasunaga, Y. Kawahara, T. Hirano, Y. Hitomi, T. Nomura, T. Ogura, Y. Kobayashi, Sajith P. K., Y. Shiota, and K. Yoshizawa
  • 雑誌名: Chem. Sci. 巻: 5 ページ: 2282-2292
  • DOI: 10.1039/C3SC51541A
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Role of Acidic Proton in the Decomposition of NO over Dimeric Cu(I) Active Sites in Cu-ZSM-5 Catalyst: A QM/MM Study (2014)
  • 著者名/発表者名: Sajith P. K., Y. Shiota, and K. Yoshizawa
  • 雑誌名: ACS Catal. 巻: 4 ページ: 2075-2085
  • DOI: 10.1021/cs500223z
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Binding of Scandium Ions to Metalloporphyrin–Flavin Complexes for Long-Lived Charge Separation (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Kojima, R. Kobayashi, T. Ishizuka, S. Yamakawa, H. Kotani, T. Nakanishi, K. Ohkubo, Y. Shiota, K. Yoshizawa, and S. Fukuzumi
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 20 ページ: 15518-15532
  • DOI: 10.1002/chem.201403960
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Molecular Motor-driven Abrupt Anisotropic Shape Change in a Single Crystal of a Ni Complex (2014)
  • 著者名/発表者名: Z.-S. Yao, M. Mito, T. Kamachi, Y. Shiota, K. Yoshizawa, N. Azuma, Y. Miyazaki, K. Takahashi, K. Zhang, T. Nakanishi, S. Kang, S. Kanegawa, O. Sato
  • 雑誌名: Nature Chem. 巻: 6 ページ: 1079-1083
  • DOI: 10.1038/nchem.2092
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A Tetranuclear Ru(II) Complex with a Dinucleating Ligand Forming Multi-Mixed-Valence States (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Ohzu, T. Ishizuka, H. Kotani, Y. Shiota, K. Yoshizawa, and T. Kojima,
  • 雑誌名: Inorg. Chem. 巻: 53 ページ: 12677-12679
  • DOI: 10.1021/ic502422u
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [図書] 錯体化学選書１０ 金属錯体の量子 計算化学 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山口兆 編
  • 総ページ数: ５２９
  • 出版者: 三共出版
• [備考] ホームページ
  • URL: http://trout.scc.kyushu-u.ac.jp/yoshizawaJ/shiota.html