小分子アルカン類を水酸化するP450システムの分子設計

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シトクロムP450は、対象とする基質が活性部位に取り込まれることを「トリガー」として、反応が進行する巧妙な仕掛けが施された酵素であるため、対象とする基質とは構造が大きく異なる有機分子では、シトクロムP450のスイッチは「ON」の状態とはならず、それらの酸化反応はほとんど進行しない。シトクロムP450のスイッチを「ON」の状態とするために、対象とする基質と構造が似た疑似基質をシトクロムP450に取り込ませることで、反応のスイッチを強制的にかつ常に「ON」状態にすることが可能であることをこれまでに明らかにしてきた。長鎖脂肪酸の末端を水酸化するシトクロムP450BM3に対して、長鎖脂肪酸の代わりの疑似基質としてパーフルオロデカン酸を添加すると、プロパンの2-プロパノールへの水酸化が進行することを明らかにしている。さらに難易度の高いエタンやメタンの水酸化を達成するために、高圧化での反応を試み、プロパンガスを5気圧で供給して反応を行うことで、酸化活性が上昇するとともに、還元剤として消費されるNADPHの量と生成物のプロパノールのモル比で表される反応効率が60%にまで達することが分かった。さらに、これまでは、2-プロパノールのみが生成物として観測されていたが、高圧化で反応することで、プロパンの1級炭素が水酸化された1-プロパノールが生成していることを明らかとした。このことは、シトクロムP450BM3の酸化活性種によりガス状アルカンの一級炭素の水酸化が可能であることを示すとともに、エタンおよびメタンの水酸化にむけた大きな前進であると言える。