モノオキシゲナーゼの構築-P450酸化活性種の蛋白モデルによる検証

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本申請者らは、ミオグロビン(Mb)をヘム蛋白質の基本骨格を提供するモデル蛋白質としてとらえ、Mbの活性中心のミューテーションによってシトクロームP450やペルオキシダーゼ機能を賦与する研究を行ってきた。その結果、酸化活性種であるMb・O=Fe^<IV>Porphyrin^<+・>(Por^<+・>)の観測に初めて成功し、オレフィンやスルフィドなどの外来基質のMb・O=Fe^<IV>Por^<+・>による酸化反応の過程が、スペクトル変化として直接観測可能であることを示した。こうした成果に基づき、本研究では、1)シトクロームP450が触媒する種々の酸化反応が、Mb・O=Fe^<IV>Por^<+・>によって進行するか?酸化生成物はP450によるものと同じか否かを検討した。最初に検討した反応は、スルフィドのスルフォキシドへの酸化反応である。ペルオキシダーゼの酸化活性種(O=Fe^<IV>Por^<+・>)はスルフィドの一電子酸化反応を行うのに対して、ミオグロビンのO=Fe^<IV>Por^<+・>は酸素添加反応を行うことが明らかになり、標的としたP450型の酸化反応を行うことを初めて証明した。次に、高難度酸化反応でありP450のみが触媒可能な芳香環の酸化反応を検討した。基質としてトリプトファンを用い、部位特異的アミノ酸置換によってフェニルアラニン43の位置にトリプトファンを導入した。酸化反応を行ったところ、トリプトファンの芳香環が予想された位置選択性で水酸化されることが明らかになり、P450以外のヘム酵素として初めての水酸化反応が達成できた。