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タンパク質フラスコ内部における非天然多核金属中心の構築と新規生体触媒への展開

蛋白质瓶内非天然多核金属中心的构建及其开发成新型生物催化剂

基本信息

批准号：
11J00791
负责人：
岡本泰典
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、新規生体金属触媒の創製を目的として、酸素結合タンパク質DcrH-Hrの活性中心であるカルボキシラート架橋二核鉄中心の改変および機能変換を実施している。カルポキシラート架橋二核鉄中心を有するタンパク質は、酸素分子を利用して様々な生体内化学反応を支援している。なかでも直截的かつクリーンな反応経路で不活性C-H結合を活性化するメタンモノオキシゲナーゼの酸素活性化能は非常に魅力的であるが、複雑な構造を有しており取り扱いが難しい。そこで、シンプルな構造かつ大腸菌による大量発現が可能であるカルボキシラート架橋二核鉄中心を含有するDcrH-Hrを研究対象とし、錯体化学的な知見に立脚した合理的な活性中心の再設計によって、本来備わっている酸素結合能から外部基質の酸化活性能への機能変換をめざしている。昨年度までに、二核鉄中心近傍に位置するIle119の配位性アミノ酸残基への置換が二核鉄配位圏の改変に有効であることを見出しており、本年度は野生型DcrH-Hrと異なる挙動を示すI119E変異体とI119H変異体について詳細な機能解析を行った。I119E変異体では、Glu119の二核鉄中心への配位が結晶構造解析より確認されている。しかし、pH依存的な外部配位子との結合挙動や活性中心の酸化還元電位の変化が観測されたことより、Glu119の配位能は、そのカルボシラートのプロトン化の程度に大きく影響を受けることが明らかとなった。さらに、I119H変異体では、本来の酸素結合能から過酸化水素駆動の外部基質の酸化能への機能変換が破認された。共鳴ラマン分光法および極低温での赤外分光法より、I119H変異体では、His119が二核鉄中心に結合した外部配位子と相互作用していることが明らかとなった。二核鉄中心に結合した過酸化水素に対してHis119が相互作用することによって酸化能が発現したと考えられる。このように当初の目的である二核鉄第一配位圏の改変および第二配位圏の改変による機能変換を達成した。

This study aims to create a new kind of organic metal catalyst, and to implement the modification and functional transformation of the active center of DcrH-Hr in the acid-binding system. The structure of the iron center in the bridging dinucleus can be used to support the chemical reaction in vivo. The active C-H bond is activated in the reverse channel. A large number of occurrences in the presence of Escherichia coli are possible, such as the presence of DcrH-Hr in the bridging dinuclear iron center. The study object, the understanding of the wrong body chemistry, and the redesign of the active center are possible. The acid binding energy of the original preparation, the acidification activity of the external matrix, and the functional transformation are also possible. Last year, the substitution of Ile119 's coordination acid residue near the nuclear iron center changed the nuclear iron coordination ring. This year, the mutation of Ile 119 E and Ile 119 H was shown in detail. I119E heterostructure, Glu119 binuclear iron center coordination and crystal structure analysis, confirmed The binding of pH-dependent external ligands and the change of acidification potential of active centers are greatly influenced by the coordination energy of Glu119 and the degree of acidification. In addition, I119H has changed the original acid-binding energy and the function of acidification of the external matrix. Resonance spectroscopy and ultra-low temperature spectroscopy are used to determine the interaction between I119H and His119 binuclear iron centers The interaction between the two iron centers and the peracidified water element occurs in the presence of the acid. The first coordination ring and the second coordination ring of the two nuclei are transformed to achieve the original goal.