非ヘム鉄酵素モデル錯体による生体内酸素化反応の機能発現と選択性制御機構の解明

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非ヘム鉄を活性中心とするカテコールジオキシゲナーゼの反応の活性と選択性を制御する因子を解明すること,および,カテコール鉄錯体を用いてメタンモノオキシゲナーゼ型の機能を発現し,その反応の活性と選択性を制御する因子に関する新しい情報を得ることを目的に研究を行った。カテコール鉄錯体を用いて両反応を行うことが可能となり,両反応の統一的な理解に役立つ情報が得られた。カテコールジオキシゲナーゼの反応において,酸素化が進むためには過剰のカテコールの存在が重要であることがわかった。この過剰のカテコールの存在の意味を検討する目的で,カテコール錯体のカテコール配位子交換反応をスペクトル法およびD化カテコールを用いた同位体法によって検討した。その結果,カテコール配位子は,外部のカテコールと容易に交換するが,酸素との反応は配位したカテコールが優先的に起こることが明らかになった。また,3価鉄によるIntradiol型開裂と2価鉄によるExtradiol型開裂の制御機構の解明に役立つ情報が得る目的で,従来のTHF/py系とは別にTHF/H_2O系で反応を行ったところ,反応活性が水の濃度に著しく依存するばかりか,水濃度によりIntradiol/Extradiol選択性が変化することが見いだされた。特に,水濃度の低いところではExtradiol型反応が優先するのに対し,水濃度が高くなるとExtradiol型反応が阻害されることがわかった。モノオキシゲナーゼの反応型反応に関しては,モデル系においてハイドロキノンを用いて反応を実現した。ハイドロキノンは(H_2Q→Q+2e^-+2H^+)ようにこの反応に適した形で電子及びプロトンを供給するが,反応が起こるためには鉄の電子状態とヒドロキノンの酸化還元電位が適合する必要がある。本研究では,ヒドロキノンの電子状態を置換基を変化することで調整することができること,また,鉄の電子状態をカテコール鉄錯体を用いることによりカテコールの置換基で調整できることを明らかにした。