Rational Design of Artificial Metalloenzymes toward On-demand Functionalization of C-H Bond

合理设计人工金属酶以实现 C-H 键的按需功能化

• 批准号: 20H02755
• 负责人: 大洞 光司
• 金额: $ 11.4万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02755/
• 关键词: 人工酵素; 生体触媒; ヘム; タンパク質; 物質変換

有用な物質を生み出す環境調和型の自在な物質変換を実現するために、立体選択的かつ位置選択的に反応に不活性な基質を官能基化する触媒の開発が求められている。本研究では、高活性な金属錯体とタンパク質マトリクスを組み合わせ、高活性かつ高選択性を達成する人工金属酵素を合理的に設計し、有用な人工金属酵素を開発をめざしている。 具体的には、疎水性空孔を有するタンパク質に、高い触媒能を示す活性中心となる金属錯体を挿入し、さらにタンパク質を遺伝子工学的に最適化することで、高活性で、高い立体・位置選択的にC-H結合を官能基化する人工金属酵素をめざす。また反応メカニズムや構造から詳細を明らかにし、設計法を確立する。前年度に実施した研究では、ミオグロビン、ヘルズゲートグロビン、シトクロムP450、ペルオキシダーゼとポルフィリンの類縁体であるポルフィセンやコロール、テトラデヒドロコリンおよびそれらに電子求引基や供与基を導入した分子の金属錯体をそれぞれ組み合わせた一連の人工金属酵素を得た。本年度は、これらの中で活性の高かった人工金属酵素について、水酸化とアミノ化反応の活性、選択性の向上を目指して変異導入を実施した。変異は活性中心近傍のアミノ酸残基に導入し、得られる人工金属酵素変異体について 触媒活性の評価を実施した。一部の人工金属酵素の変異体は変異導入前のものを超える活性、選択性を示した。特にアミノ化に注目し、ミオグロビンに鉄ポルフィセンを挿入した人工金属酵素が、分子内アミノ化反応に高い触媒活性を示した。さらにその作用機序を解明すべく、速度論的な評価を実施し、予想通り炭素水素結合の活性化が律速段階であることを明らかにした。得られた成果の一部は国内外の学会、学術誌において発表を行った。

な useful materials を raw み - type harmonic の す environment comfortable な substance in を be presently す る た め に, three-dimensional sentaku か つ position sentaku に anti 応 に not active な matrix を functionality, change す る catalyst の open 発 が o め ら れ て い る. This study で は, highly active な metal misprinted と タ ン パ ク qualitative マ ト リ ク ス を group み close わ せ, highly active か つ high sentaku を reached す る を reasonable に design artificial metal enzyme し, useful な artificial metal enzyme を 発 を め ざ し て い る. Specific に は, water-based 疎 を have empty hole す る タ ン パ ク qualitative に, high い catalyst can を す active center と な る metal misprinted を scions into し, さ ら に タ ン パ ク qualitative を but 伝 sub engineering optimal に す る こ と で, highly active で, high い three-dimensional position, sentaku に C -h combining を of functionality of す る artificial metal enzyme を め ざ す. Youdaoplaceholder0 inverse 応メカニズムや construction ら ら detailed を clarification ら に に 応メカニズムや, design method を establishment する. Before the annual に be applied し た research で は, ミ オ グ ロ ビ ン, ヘ ル ズ ゲ ー ト グ ロ ビ ン, シ ト ク ロ ム P450, ペ ル オ キ シ ダ ー ゼ と ポ ル フ ィ リ ン の class try body で あ る ポ ル フ ィ セ ン や コ ロ ー ル, テ ト ラ デ ヒ ド ロ コ リ ン お よ び そ れ ら に electronic and led base や base を import and supply し た molecules の metal misprinted を そ れ ぞ み れ group Combining わせた with a series of artificial metalloenzymes を gives た. This year は, こ れ ら の の high activity of で か っ た artificial metal enzyme に つ い て, water acidification と ア ミ ノ turn against 応 の activity, sentaku の upward を refers し て - different import を be applied し た. - different は active center near alongside の ア ミ ノ acid residues に import し, ら れ る artificial - metal enzyme variants に つ い て の catalytic activity evaluation 価 を be applied し た. The superえ る activity and selectivity を of a <s:1> artificial metalloenzyme <s:1> variant before the variant introduction of <s:1> <s:1> を を show <s:1> た た. Trevor に ア ミ ノ に attention し, ミ オ グ ロ ビ ン に iron objects ポ ル フ ィ セ ン を scions into し た artificial が metal enzyme, intramolecular ア ミ ノ turn against 応 に high い catalyst activity を shown し た. さ ら に そ の function machine sequence を interpret す べ く, speed theory な 価 を be し, to think り carbon water element combination の activeness が law speed Duan Jie で あ る こ と を Ming ら か に し た. The られた achievements られた a られた domestic and international <s:1> societies and academic journals にお られた て て publication list を った.

项目成果

Engineered Hemoproteins toward Artificial Metalloenzymes and Metalloprotein-based Nanomaterials

针对人工金属酶和金属蛋白纳米材料的工程化血红素蛋白

• 发表时间: 2021
• 作者: Roman Pluta;Zhao Li;Naoya Kumagai*;and Masakatsu Shibasaki*;大洞 光司
• 通讯作者: 大洞 光司

Focusing on a nickel hydrocorphinoid in a protein matrix: methane generation by methyl-coenzyme M reductase with F430 cofactor and its models

聚焦蛋白质基质中的镍类氢化蛇蝎：带有 F430 辅因子的甲基辅酶 M 还原酶产生甲烷及其模型

• DOI: 10.1039/d1cs00840d
• 发表时间: 2022
• 期刊: Chemical Society Reviews
• 影响因子: 46.2
• 作者: Miyazaki Yuta;Oohora Koji;Hayashi Takashi
• 通讯作者: Hayashi Takashi

ヘムタンパク質を基盤とする人工金属酵素と機能性材料の開発

基于血红素蛋白的人工金属酶和功能材料的开发

• 发表时间: 2021
• 作者: 川渕 陽介;鈴木 拓真;砂田 祐輔;大洞光司
• 通讯作者: 大洞光司

Functional Myoglobin Model Composed of a Strapped Porphyrin/Cyclodextrin Supramolecular Complex with an Overhanging COOH That Increases O₂/CO Binding Selectivity in Aqueous Solution

由带悬垂 COOH 的带状卟啉/环糊精超分子复合物组成的功能性肌红蛋白模型，可提高水溶液中 O₂/CO 的结合选择性

• DOI: 10.1021/acs.inorgchem.1c01628
• 发表时间: 2021
• 期刊: Inorganic Chemistry
• 影响因子: 4.6
• 作者: Mao Qiyue;Das Pradip K.;Le Gac St?phane;Boitrel Bernard;Dorcet Vincent;Oohora Koji;Hayashi Takashi;Kitagishi Hiroaki
• 通讯作者: Kitagishi Hiroaki

Electrochemical CO2 Reduction and H2 Evolution by Cobalt Porphyrinoids

钴卟啉的电化学 CO2 还原和 H2 释放

• 发表时间: 2021
• 作者: Koji Oohora;Takashi Hayashi
• 通讯作者: Takashi Hayashi