メタン発生・分解酵素に学ぶ炭素源有用物質変換を目指した新規生体金属触媒の創成

创建新型生物金属催化剂，旨在通过学习甲烷生成和降解酶来转化有用的碳源

• 批准号: 17J00008
• 负责人: 宮崎 雄大
• 金额: $ 1.98万
• 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: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J00008/
• 关键词: メタン発生酵素; MCR; F430; ニッケル; メタン; 脱ブロモ化反応; テトラデヒドロコリン; ミオグロビン; メタン生成; ジデヒドロコリン; シトクロムb562

近年、人工生体触媒による環境負荷軽減型の物質変換が注目されており、その実現には天然酵素の反応制御の仕組みの理解と再現が必要である。本研究ではメタン菌中において生物学的メタンの発生と分解に寄与し、補因子にニッケル錯体F430を有するメチル補酵素M還元酵素(MCR)の反応機構の解明を目的とした。これまでに、ヘムタンパク質の天然補因子ヘムの除去と人工補因子の導入を行う「再構成法」を利用することでタンパク質を基盤とした機能モデルを構築・評価してきた。本年度は、F430モデル錯体のニッケルテトラデヒドロコリンとヘムを除去したアポミオグロビンの複合化により調製した再構成ミオグロビンを用い、モデル基質との反応を詳細に評価した。まずp-トルエンスルホン酸メチルやトリメチルスルホニウムヨージドからのメタン発生を促進することを確認した。また、臭化ベンジルとの反応では還元的脱ブロモ化反応によるトルエンの生成が確認されたが、一方でホモカップリング反応によるジベンジルの生成は確認されなかった。各臭化ベンジル類縁体のベンジル位の反応性は一級＞二級＞三級の順に低下し、活性種のニッケル一価種とベンジル位の反応に立体障害が影響することを明らかにした。次に、パラ位置換臭化ベンジルを用いた同様の実験からHammett plotを作成したところ、極性効果を考慮した置換基定数を用いた場合に、良好な相関関係で正の反応定数を示した。さらに、重水で調製した緩衝液を用いた場合、重水素化トルエンの生成が観測された。以上の結果は、活性種のニッケル一価種がベンジル位に対して求核的なSN2機構により反応し、過渡的に生成したベンジル－ニッケル(III)種中間体のプロトン化により、還元的脱ブロモ化反応が完了することを示唆するものである。以上、本研究はMCRの反応機構解明とそれを応用した人工生体触媒の開発に寄与するものであり、上記の研究成果は国内外の学会で発表を行った。

In recent years, the artificial life body catalyst に よ る 軽 decrease environmental load type の material variations in が attention さ れ て お り, そ の be presently に は natural enzyme の anti 応 royal の blackstone group み の understand と reappearance が necessary で あ る. In this study で は メ タ ン bacteria に お い て biology メ タ ン の 発 に send with し と decomposition, fill factor に ニ ッ ケ ル misprinted F430 を have す る メ チ ル M yuan also repair enzyme enzyme (MCR) の の 応 authorities interpret を purpose と し た. こ れ ま で に, ヘ ム タ ン パ ク qualitative の natural fill factor ヘ ム の remove と artificial fill factor の import line を う "to constitute a method" を use す る こ と で タ ン パ ク qualitative を base plate と し た function モ デ ル を building, review 価 し て き た. This year は, F430 モ デ ル misprinted の ニ ッ ケ ル テ ト ラ デ ヒ ド ロ コ リ ン と ヘ ム を remove し た ア ポ ミ オ グ ロ ビ ン composite の に よ り modulation し た reconstitution ミ オ グ ロ ビ ン を い, モ デ ル matrix と の anti 応 を に detailed review 価 し た. ま ず p - ト ル エ ン ス ル ホ ン acid メ チ ル や ト リ メ チ ル ス ル ホ ニ ウ ム ヨ ー ジ ド か ら の メ タ ン 発 raw を promote す る こ と を confirm し た. ま た, smelly ベ ン ジ ル と の anti 応 で は also yuan off ブ ロ モ turn against 応 に よ る ト ル エ ン の generated が confirm さ れ た が, one party で ホ モ カ ッ プ リ ン グ anti 応 に よ る ジ ベ ン ジ ル の generated は confirm さ れ な か っ た. The smelly chemical ベ ン ジ ル class try body の ベ ン ジ ル a の anti 応 sex は 1 > 2 > low level 3 の suitable に し, activity of の ニ ッ ケ ル one 価 kind と ベ ン ジ ル a の anti 応 に stereo handicap of が influence す る こ と を Ming ら か に し た. に, パ ラ position in smelly chemical ベ ン ジ ル を with い た with others の be 験 か ら Hammett plot を made し た と こ ろ, polarity unseen fruit を consider し た replacement base number を with い に, good な た venues masato masato is で is の 応 destiny を shown し た. さ ら に, heavy water で modulation し た buffer を with い た occasions, heavy water element ト ル エ ン の generated が 観 measuring さ れ た. は, active の results above is の ニ ッ ケ ル one 価 kind が ベ ン ジ ル a に し seaborne て for nuclear な SN2 institutions に よ り anti 応 し, transition of に generated し た ベ ン ジ ル - ニ ッ ケ ル (III) kind of intermediate の プ ロ ト ン change に よ り, yuan also take off ブ ロ モ turn against 応 が finished す る こ と を in stopping す る も の で あ る. Above, this study は MCR の 応 authorities interpret と そ れ を 応 with し た artificial life body catalyst の open 発 に send す る も の で あ り, written の research results at home and abroad は の learn で 発 table line を っ た.

项目成果

タンパク質反応場を有するメタン発生酵素モデルの構築と評価

具有蛋白质反应场的产甲烷酶模型的构建和评估

• 发表时间: 2017
• 作者: 宮崎雄大;大洞光司;林高史
• 通讯作者: 林高史

メタン発生酵素のタンパク質反応場を模倣した再構成ヘムタンパク質を基盤とするモデル構築

基于重构血红素蛋白的模型构建，模拟产甲烷酶的蛋白质反应场

• 发表时间: 2017
• 作者: 宮崎雄大;大洞光司;林高史
• 通讯作者: 林高史

Construction and Evaluation of a Protein-based Functional Model of Methane-producing Enzyme

基于蛋白质的产甲烷酶功能模型的构建和评估

• 发表时间: 2018
• 作者: Yuta Miyazaki;Koji Oohora;Takashi Hayashi
• 通讯作者: Takashi Hayashi

ヘムタンパク質を基盤としたメタン発生酵素の機能モデルの構築と評価

基于血红素蛋白的产甲烷酶功能模型的构建与评价

• 发表时间: 2018
• 作者: 宮崎雄大;大洞光司;林高史
• 通讯作者: 林高史

タンパク質反応場を有するメタン発生酵素モデルを指向した再構成ヘムタンパク質の創製とメタン発生能の評価

基于具有蛋白质反应场的产甲烷酶模型构建重组血红素蛋白并评估产甲烷能力

• 发表时间: 2017
• 作者: 宮崎雄大;大洞光司;林高史
• 通讯作者: 林高史