酸素・電子滴定とESR分光によるヘムオキシゲナーゼ反応の再検討と結晶構造の解析

【ラットヘムオキシゲナーゼ-1(HO-1)の結晶構造】C末端の膜結合ドメインを除いた短縮型ラットHO-1とヘムの複合体の結晶構造を決定した。ラットHO-1の構造は8本のα-ヘリックスから成る。ヘムは2つのヘリックスに挟まれており、近位側(Aヘリックス)にはHis25が配位していたが、遠位側(Fヘリックス)には極性アミノ酸が存在せず、最も近いアミノ酸残基はG139とG143であった。G143のアミド・G139のカルボニルともヘム上の酸素と水素結合するのに充分近い距離に存在していた。HO反応はoxyferrylではなくferric peroxideが活性酸素と考えられている。oxyferrylの形成には遠位アミノ酸の側鎖が関与しているが、HOでは主鎖によって酸素が活性化されている可能性がある。【α-ヒドロキシヘムからα-ベルドヘムへの転換反応】HOによるヘム分解反応では、ヘム・α-ヒドロキシヘム・α-ベルドヘム・ビリベルジンの順に3段階の酸素依存性の反応が起こる。しかし、各ステップの化学反応の詳細な化学量論的な研究はされていなかった。特に第2ステップの反応(α-ヒドロキシヘム→α-ベルドヘム)については、分子状酸素のみで起こると主張するグループと外部からの電子の供給が必要であると主張するグループの対立がある。そこで、この反応の電子要求性について検討した。複合体中のα-ヒドロキシヘムはFe(III)high-spin体とFe(II)π neutral radical体の平衡状態にありCO添加により平衡はRadical体側に大きく傾くこと、この複合体は1当量の酸素によってベルドヘムに転換すること、生成したベルドヘムのヘム鉄は2価であることを明らかにした。これらのことから、HO-ヒドロキシヘム複合体からのベルドヘムへの変換はπ radical体から始まり、このものは電子を必要とせずに酸素と反応してFe(II)ベルドヘムに変換されるものと結論された。

【ラットヘムオキシゲナーゼ-1(HO-1)の結晶構造】C末端の膜結合ドメインを除いた短縮型ラットHO-1とヘムの複合体の結晶構造を決定した。ラットHO-1の構造は8本のα-ヘリックスから成る。ヘムは2つのヘリックスに挟まれており、近位側(Aヘリックス)にはHis25が配位していたが、遠位側(Fヘリックス)には極性アミノ酸が存在せず、最も近いアミノ酸残基はG139とG143であった。G143のアミド・G139のカルボニルともヘム上の酸素と水素結合するのに充分近い距離に存在していた。HO反応はoxyferrylではなくferric peroxideが活性酸素と考えられている。oxyferrylの形成には遠位アミノ酸の側鎖が関与しているが、HOでは主鎖によって酸素が活性化されている可能性がある。【α-ヒドロキシヘムからα-ベルドヘムへの転換反応】HOによるヘム分解反応では、ヘム・α-ヒドロキシヘム・α-ベルドヘム・ビリベルジンの順に3段階の酸素依存性の反応が起こる。しかし、各ステップの化学反応の詳細な化学量論的な研究はされていなかった。特に第2ステップの反応(α-ヒドロキシヘム→α-ベルドヘム)については、分子状酸素のみで起こると主張するグループと外部からの電子の供給が必要であると主張するグループの対立がある。そこで、この反応の電子要求性について検討した。複合体中のα-ヒドロキシヘムはFe(III)high-spin体とFe(II)π neutral radical体の平衡状態にありCO添加により平衡はRadical体側に大きく傾くこと、この複合体は1当量の酸素によってベルドヘムに転換すること、生成したベルドヘムのヘム鉄は2価であることを明らかにした。これらのことから、HO-ヒドロキシヘム複合体からのベルドヘムへの変換はπ radical体から始まり、このものは電子を必要とせずに酸素と反応してFe(II)ベルドヘムに変換されるものと結論された。