生体触媒の誤作動を利用した不斉酸化反応の制御

点击翻译按钮获取中文摘要

巨大菌から単離されたP450BM3は、脂肪酸を非常に高速に水酸化するため、酸化触媒としての応用が期待されている。しかし、その高い基質特異性により、脂肪酸以外の有機化合物に対する酸化活性は非常に低く、応用面に課題を残していた。我々の研究室では、脂肪酸の構造に類似したカルボン酸類を「疑似基質」としてP450BM3に添加すると、P450BM3が誤作動し、その触媒サイクルを開始することを見出した。この「誤作動状態」にあるP450BM3に、ベンゼンやプロパンなどの非天然基質を加えると、それらの化合物の水酸化反応が進行することをこれまでに報告している。本申請課題では、この「疑似基質」によるP450BM3の誤作動状態を「疑似基質」の化学構造によって制御し、不斉反応の立体選択性を制御することを目的として研究を開始した。最終年度に実施した研究では、「疑似基質」が不斉反応を制御する様子を可視的に観測するため、合成ポルフィリン錯体を酸化活性種ミミックとして再構成し、さらに基質分子と「疑似基質」を複合化した、人工P450BM3の結晶構造解析を試みた。モデル基質としてスチレンを利用して共結晶化を行うと、実際の反応（スチレンのエポキシ化）の立体選択性と一致する向きで、スチレンが酵素内部に結合することを明らかとした。変異体P450BM3を利用した場合においても、反応のR/S選択性と、構造中のスチレンの向きから予測される選択性は一致していた。これらの結果から、本研究で調製した人工P450BM3は、実際の触媒サイクル中における反応環境を良く再現しているものと推測できる。つまり、得られた結晶構造は、捉えることが非常に困難な、P450BM3の反応が進行する「直前」の構造に極めて近いと予想され、P450BM3による酸化反応の機構解明や、「疑似基質」の動作機構の考察に大きく貢献するものと期待される。