人工非ヘム鉄酵素:合目的配位子デザインによる高原子価活性種の生成と基質酸化の制御

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14750679
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 人見 穣 京都大学, 工学研究科, 助手 (20335186)
• Keywords: 単核非ヘム鉄酵素 / モデル錯体 / 酸素添加反応 / 鉄錯体

Research Abstract

本年度は酸素分子を還元的に活性化する多くの単核非ヘム鉄酵素に共通して見出される鉄イオン結合モチーフ(2-His-1-carboxylate facial triad)の構造を忠実に再現する新規配位子NNO型配位子を設計、合成した。分子設計には特に、分子状酸素を用いて芳香環のcis-ジヒドロキシル化を触媒する単核非ヘム鉄酵素Rieske dioxygenaseの活性部位構造に着目した。すなわち、Kemp's triacid骨格を配位子に導入することにより、カルボキシレートのbidentate配位が可能な配位子構造を実現した。新規配位子の構造は結晶構造解析により明らかにしている。本配位子を用いて亜鉛錯体、鉄二価錯体の合成を行い、現在、結晶構造の解析を目指している。鉄二価錯体を触媒とする過酸化水素よるシクロオクテンの酸素化反応を検討したところ、酸化活性が非常に低いものであることが判明した。イオンスプレー分子量測定の結果、本鉄二価錯体は鉄二価イオンに配位子がヒス配位していることが判明した。これが、酸化活性の低下の原因と考えられた。そこで、配位子に大きな立体障害基を導入することにより、配位子のビス配位を阻害し、過酸水素との反応に必須の配位空座をもつ新たな鉄二価錯体を設計、合成した。合成された第二世代の鉄二価錯体は設計通り、鉄二価イオンと配位子が1:1で配位していることが、イオンスプレー分子量測定により明らかとなった。更に、本錯体が立体障害基を持たない第一世代の鉄二価錯体よりも、高い酸素添加活性を有していることが明らかとなった。現在、結晶構造解析、酸化活性種の同定を進めている。

Research Products

• [Publications] 林 高史: "Contribution of heme-propionate side chains to structure and function of myoglobin : chemical approach by artificially created prosthetic groups"Journal of Inorganic Biochemistry. 91. 94 (2002)
• [Publications] 船引 卓三: "Structures and electronic properties of the catecholatoiron complexes in relation to catechol dioxygenases : chlorocatecholatoiron complexes are compared to the 3,5-di-tert-butylcatecholatoiron complex in the solid state and in solution"Journal of Inorganic Biochemistry. 91. 151 (2002)
• [Publications] 船引 卓三: "Oxygenative cleavage of catechols including protocatechuic acid with molecular oxygen in water catalysed by water-soluble non-heme iron(III) complexes in relevance to catechol dioxygenases"Chemical Communications. 5. 412 (2002)
• [Publications] 人見 穣: "非ヘム鉄酸素添加酵素モデル研究から触媒開発へのアプローチ"触媒. 45. 44 (2003)