ポルフィリン代謝とその制御に関する共同研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08045060
• Research Institution: Faculty of Agriculture, Tamagawa University
• Principal Investigator: 若林 攻 玉川大学, 農学部, 教授 (00220830)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 河野 均 玉川大学, 農学部, 教授 (40074356) ; 佐藤 幸治 玉川大学, 農学部, 教授 (40119516) ; SUSSANE Bras コンスタンツ大学, 生物学部, 講師 ; BEATE Nicola コンスタンツ大学, 生物学部, 助教授 ; PETER Boger コンスタンツ大学, 生物学部, 教授
• Keywords: プロトポルフィリノーゲン酸化酵素(Protox) / Peroxidizing植物毒性 / 活性酵素 / チラコイド膜破壊 / HPLC-イソルミノール化学発光法 / Protox阻害剤 / Protox阻害剤の分子設計

Research Abstract

当該研究グループの既往研究によって得られている,“Peroxidizing除草剤の作用機構:クロロフィル生合成過程のProtoporphyrinogen-IX oxidase(Protox)阻害,Protoporphyrin-IXの蓄積,エタン発生を伴うチラコイド膜の破壊,光合成色素の減少"と言う,所謂Peroxidizing植物毒性作用を説明するために,当該研究グループ提案中であった“活性酸素が関与するラジカル反応によりチラコイド膜が破壊される″とする機構の構築と確認する検討を行いこれに成功した。次に,前記の帰結の発展応用研究に当たる「ポルフィリン代謝の制御」に関する検討を行い,植物の生長調節,藻類を利用した水素生産,活性酸素の制御による疾病治療等に応用が期待される基礎的データを得た。研究成果は以下((1)〜(5))に纏められる。
(1) HPLC-Isoluminol化学発光を原理とする全自動脂質分析システムを用い,protox阻害剤処理後に生ずる過酸化脂質を測定し,活性酸素が関与するチラコイド膜破壊の機構を明らかにした。
(2) 緑色植物細胞系を用いて,Protox阻害剤によるチラコイド膜破壊作用を緩和させる薬剤を見出す検討を行い,光合成電子伝達系阻害剤がチラコイド膜破壊作用を緩和させることを見出した。
(3) クロロフィル生合成能を有する植物培養細胞(馴化Nicotiana glutinosa,Marchantia polymorphaその他)を用いた生理活性試験を行い,上記の[1],[2]を含むPeroxidizing植物毒性作用が緑色植物の葉緑体中で普遍的に起こることを確認し,Peroxidizing除草剤の作用機構を明らかにした。
(4) 得られた生理活性データに関して定量的構造-活性相関解析を行い,光存在下で活性酸素を発生させチラコイド膜破壊を誘導する新しい強力なProtox阻害剤の分子設計と合成に成功した。
(5) Peroxidizerと光合成電子伝達阻害剤が藻類の光合成明反応に及ぼす効果を確認し,その結果を藻類の水素生産制御に応用する可能性を見いだした。

Research Products

• [Publications] S.Ishida et al: "Comparison of Phytotoxicities between 4-Fluorinated and Non-Fluorinated 2-Chloro-5-(3,4,5,6-tetrahydroimido)-benzoates" J.Pesticide Sci.24. 28-32 (1999)
• [Publications] N.Kuboyama et al: "Synthesis and Herbicidal Activity of 2-Benzylamino-4-methyl-6-trifluoromethyl-1,3,5-triazine Derivatives" J.Pesticide Sci.23. 268-274 (1998)
• [Publications] R.Uraguchi et al: "Molecular Shape Similarity of Cyclic Imides and Protoporphyrinogen IX" J.Pesticide Sci.22. 314-320 (1997)
• [Publications] A.Ohki et al: "Phytotoxicity Caused by Peroxidizing Herbicides is Alleviated by 2-Substituted 4,6-Bis(ethylamino)-1,3,5-triazines" J.Pesticide Sci.22. 309-313 (1997)
• [Publications] T.Iida et al: "Peroxidizing Phytotoxicities of 1,2-Dialkyl-1,2,4-triazolidines and 3,4-Dialkyl-1,3,4-thiadiazolidines" J.Pesticide Sci.22. 303-308 (1997)
• [Publications] S.Ishida et al: "Protoporphyrinogen-IX Oxidase Inhibition by N-(2,4,5-Trisubstituted phenyl)-3,4,5,6-tetrahydrophthalimides" J.esticide Sci.22. 299-302 (1997)
• [Publications] A.Uchida et al: "Isomerization of 3,4-Dialkyl-1,3,4-thiadiazolidines and 3,4-Alkylene-1,3,4-thiadiazolidines by Glutathione S-Transferase" Z.Naturforsch.52c. 345-350 (1997)
• [Publications] Y.Sato et al: "The enzymatic Activation of Peroxidizing Cyclic Isoimide:A New Function of Glutathione S-Transferase and Glutathione" J.Pesticide Sci.22. 33-36 (1997)
• [Publications] C.Muro et al: "Effect of Rhodanine and 2(5H)-Thiophenone in Geeen Algae and Liberwort Cells" J.Pesticide Sci.22. 1-5 (1997)
• [Publications] S.Senoo et al: "Enzyme Modified Phytotoxic Structure of Thiadiazolidine Compounds" Z.Naturforsch.51c. 518-526 (1996)
• [Publications] M.Sumida et al: "Protoporphyrinogen-IX Oxidase Inhibition of New Diphenyl Ethers" J.Pesticide Sci.21. 317-321 (1996)
• [Publications] K.Shouda et al: "Peroxidizing Phytotoxicities of 1,2-Alkylene-1,2,4-triazolidines and 3,4-Alkylene-1,3,4-thiadiazolidines" J.Pesticide Sci.21. 187-193 (1996)
• [Publications] B.Nicolaus et al: "Isomerization of Peroxidizing Thiadiazolidine Herbicides Is Catalyzed by Glutathione S-Transferase" Z.Naturforsch.51c. 342-354 (1996)
• [Publications] M.Sumida et al: "Accumulation of Protoporphyrinogen-IX Induced by AcifluorfenMethyl" Z.Naturforsch.51c. 174-178 (1996)
• [Publications] P.Boger & K.Wakabayashi(ed.): "Peroxidizing Herbicides" Springer-Verlag,Berlin-New York-Tokyo, 405 (1999)
• [Publications] B.Nicolaus et al: "Activation of Proherbicides by Glutathione S-Transferase" Kluwer Academic Publishers,Dordrecht, 14 (1997)