JavaScriptを有効にして再度、お越しください。ログイン~2013年の「ノーベル物理学賞」はヒッグス粒子の理論を提唱した物理学者ヒッグス氏とアングレール氏が受賞しました。KEKの岩崎先生がヒッグス粒子についてのご発表資料をリポジトリで公開されています。ご興味のある方120教材→05サイエンスカフェへをご覧ください。同様にKEKの中村先生のヒッグス粒子についてのご発表資料は、120教材→01中高生のための科学セミナーにございます。OA~」をアップしました。●2019年3月修了者の博士論文をアップしました。●2019年9月修了者の博士論文要旨をアップしました。【序論】ヘム(ポルフィリン鉄錯体、図1)を反応中心に持つヘム蛋白質は生体内に多種存在し、その多様な機能と高い触媒活性のメカニズムに関する様々な研究が行われている。これらヘム蛋白質の中でも、シトクロームP450は酸素分子を還元的に活性化し、通常困難とされる有機分子(薬物、ステロイドホルモン等)の水酸化を行うことから、その分子レベルでの反応機構に注目が集まっている。P450の触媒サイクルは図2のように考えられている。1電子還元を経てパーオキソ鉄(III)を与える。反応活性種であると考えられている。反応性に関する定量的な議論は立ち後れている。Iと各種基質との反応過程を直接観察することによって定量的に評価することを試みた。基質との反応を直接観察し、その反応機構についての詳細な検討を行った。(1)西洋わさびペルオキシダーゼ(HRP)、(2)合成鉄ポルフィリン錯体、そして、(3)ミオグロビン(Mb)変異体H64Sである。活性種とすると説明の付かない反応もいくつか存在する。胎盤中に存在するシトクロームP450アロマターゼはその代表例であり、図4に示すように男性ホルモンであるandrogenのメチル基を3段階の反応で脱離させ、女性ホルモンのestrogenに変換する。活性種としたのでは説明が付がない。そこで本研究では、パーオキソ鉄錯体の反応性に着目し、パーオキソ鉄錯体のモデル錯体を合成し、アルデヒド化合物との反応を比較検討した。(図3省略)【第1部】ヘムを有する酵素における高原子価中間体の反応性シトクロームP450の触媒する3級アミンの脱アルキル化反応及びスルフィドの酸化反応については生化学的見地からも興味が持たれている反応である。用いて、3級アミン及びスルフィドとの反応を検討し、反応機構について考察する。よりメチル基が水酸化され、引き続き加水分解による脱メチル化反応によって完結するが、この水酸化反応のメカニズムが未だに議論の対象となっている。ジメチルアニリン(DMA)を用いた反応を直接観察した。よるアミンの脱メチル化のメカニズムは、上述のいずれでもないことを明らかとした。よるスルフィドのスルホキシ化反応のメカニズムは、1)協奏的な硫黄原子上への酸素原子の移動反応、および、2)スルフィドからの電子移動/酸素のカップリングという2つの考え方がある(図5)が、明らかにされていない。チオアニソール誘導体の反応を直接観察によって検討した。チオアニソールとの反応によってFeIIIの状態へと変化したが、スルフィドの酸化電位に対する反応速度の依存性がみられた。よるスルフィドへの酸素添加反応が上述の電子移動/酸素の力ップリングにより進行することが示された。反応性から酵素機能の構造との相関について考察した。いずれの反応においても2電子酸化プロセス(酸素原子移動)を示した(図6)。最近報告されたHRPのX線構造解析によれば、HRPのヘムは芳香族性のアミノ酸残基によって囲まれており、基質のオキソ酸素へのアクセスが困難になっている。反応性の差異をよく説明していると考えられる。酸化電位の低いDMAやDTCOとの反応ではHRPのような1電子酸化の反応を示したが、酸化電位のより高いチオアニソールとの反応では、合成モデル系のような2電子酸化プロセスを示した(図6)。したがって、ミオグロビン変異体の活性中心は、HRPと比較するとかなりアクセスしやすくなっており、酸素添加反応を行うことが可能であるが、合成モデル錯体ほどアクセスしやすくはないので、1電子酸化電位の低い基質に対しては電子移動による1電子酸化を行うものと考察される。これに対し、合成モデル系では、中間に生成していると考えられる[基質カチオンラジカル・Fe<SUP>IV</SUP>=О]複合体の再結合が早いため、何ら中間体が観測されなかったと結論された。序論で記したように、パーオキソ鉄(III)ポルフィリン錯体はいくつかのP450反応で活性種と考えられており、その反応性に興味が持たれている。求電子性のキャラクターを持つのに対し、パーオキソ錯体は求核性を有することが予測されることから、アルデヒド炭素への求核攻撃が可能となり、脱ホルミル反応という特異な反応を起こすことが可能になると考えられる。酸素結合の解裂に至る前にパーオキソ錯体と基質であるアルデヒドが反応するという筋書きがなりたつ。この中間体を酵素系で観測した例はなく、したがって反応性は未知である。モデル錯体とアルデヒドとの反応と比較検討を行った。パーオキソ錯体のモデル錯体の合成はValentineらの報告にしたがって合成した。この錯体は水分に対して非常に敏感なため、反応等についてはすべて不活性ガス雰囲気下で行った。モデル錯体はアルデヒド類を対応するカルボン酸へと変換したのに対し、パーオキソ錯体はアルデヒド類を脱ホルミル化し、オキソ化合物を与えた(図7)。この反応を吸収スペクトルやESRスペクトルの変化により検討すると、パーオキソ錯体がアルデヒドを求核攻撃し、生じたパーオキシヘミアセタールアニオンを中間体とする複雑な反応であることが示唆された(図8)。起こらない反応がパーオキソ錯体では起こりうるということ、また、パーオキソ錯体によるアルデヒドに対する求核攻撃が進行することを示す興味深い結果を得た。