Rational design of artificial metalloenzymes using protein metal complexes

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本研究では、活性中心が柔軟に変化する人為酵素の創製を目指し、第一配位圏や第二配位圏を多様化したタンパク質金属錯体を作製後、効率の高い錯体触媒をスクリーニングしていく。最終的に、活性中心の柔軟な動的変化と酵素活性の関係性に関する知見を明らかにすることを目標とする。具体的には、タンパク質金属錯体のマイケル付加反応などへの活性を観測しながら、触媒活性との相関関係を評価するとともに人為酵素の設計方法を構築する。構造解析や種々分光法で観測の可能な金属中心の位置転位を動的変化の一例として活性との関係に着目し、タンパク質金属錯体を詳細に機能解析していく。本年度では金属結合サイトを様々な配位構造や配位数に変化させ、金属との様々な結合様式によって、位置転位を含めた特異な反応場を構築する。これに加えて、変異導入位置がタンパク質骨格に対して固定されているため、空いた配位座(活性点)の配向も多様化される。つまり、金属中心への基質のアクセス方向も同時に変化させることが可能になると考えられる。昨年度では、第1段階のライブラリーを構築した。その結果、2-His-1-Gluをもつ変異体が高い立体選択性を示した。そこで本年度はこの変異体を中心に、第二配位圏への変異導入を行い、反応の選択性や効率をスクリーニングした。その結果、トリプトファンを導入した変異体において新たな水素結合ネットワークの導入に成功し、さらなる選択性や収率の向上が見られた。また、X線結晶構造において銅中心の位置遷移を明らかにした。