補酵素における非共有結合性相互作用の定量的評価とリサイクル触媒作用

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生体内酸化還元系補酵素が関与する反応はタンパク中の疎水場における非共有結合性相互作用により制御されている。我々はこれまでに種々の補酵素モデル反応で疎水的環境において初めてルイス酸である金属イオンが、リサイクル可能な触媒として有効に機能することを見いだしている。本申請研究では、反応中間体として生成する補酵素のラジカルイオン種と非共有結合性相互作用をする触媒との結合の強さと、触媒活性との関係について検討し、生体内酸化還元系補酵素における非共有結合性相互作用を定量的に評価し、リサイクル可能な触媒作用との関係を明らかにすることを目的としている。補酵素およびそのモデル化合物の電子状態は、疎水環境における金属イオン等のルイス酸との非共有結合性相互作用によって元の電子状態から大きく変化し、特にラジカルイオン種でその変化は顕著になる。今年度は、まず疎水環境において各種補酵素ラジカルイオン種と非共有結合的相互作用をする物質の探索を行い、補酵素ラジカルイオンとの分子複合体形成の結合様式や電子状態等をESRやストップドフロー法、各種レーザー時間分解測定により得られる過渡種の分光学的情報をもとに明らかにした。その結果と、補酵素の酸化還元反応における、これらの物質の触媒活性の違いに関する速度論的解析結果を組合わせて、触媒活性と触媒分子複合体の安定性との相関性を見いだし、それを理論計算の結果と比較検討した。また、触媒が効率的にリサイクル使用可能になる条件を探索した。