メタンモノオキシゲナーゼおよびニトロゲナーゼ活性中心における化学反応機構

甲烷单加氧酶和固氮酶活性中心的化学反应机制

• 批准号: 11116215
• 负责人: 吉澤 一成
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11116215/
• 关键词: メタンモノオキシゲナーゼ; ニトロゲナーゼ; 金属酵素; 生物無機化学; ノンヘム鉄

本研究では、メタンモノオキシゲナーゼの特異的な酵素機能に関して理論化学的な見地から以下の研究を行った。メタンを常温常圧でメタノールに変換するメタンモノオキシゲナーゼは、非ヘム鉄2核活性サイトを持つことが明らかにされている。この酵素機能を解明するために、密度汎関数法を用いた理論的解析を行った。その結果メタンからメタノールヘ至る反応は2段階の協奏的な水素引き抜きおよびメチル基の転移によって起こることを明らかにした。この反応機構は気相中で起こる裸の鉄オキソ種とメタンとの反応機構と一致する。メタンモノオキシゲナーゼの特異的な機能を利用し、高性能触媒を開発すれば、豊富な埋蔵量がありながら従来エネルギー源として十分に利用されていなかったメタンが、メタノールという取扱い容易な燃料となる。理論化学の立場から酵素機能の解明を行う研究はこれまでにあまりなされていなかったが、本研究で理論化学的手法がこの種の反応機構研究の主力となりうることを示したことは意義深いと思われる。

在这项研究中，我们从理论化学的角度研究了甲烷单加氧酶的特定酶功能。甲烷单加氧酶在室温和压力下将甲烷转化为甲醇，已被证明具有非血红素铁双核活性位点。为了阐明这种酶的功能，我们利用密度泛函理论进行了理论分析。结果表明，从甲烷到甲醇的反应通过协同夺氢和甲基转移两个阶段发生。该反应机理与气相中发生的裸铁含氧物种和甲烷之间的反应一致。通过利用甲烷单加氧酶的特定功能并开发高性能催化剂，可以将储量丰富但过去作为能源未被充分利用的甲烷转化为易于处理的燃料甲醇。虽然从理论化学的角度阐明酶功能的研究并不多，但这项研究表明理论化学方法可以成为此类反应机理研究的支柱，这一点意义重大。

项目成果

K. Yoshizawa: "Two-Step Concerted Mechanism for the Hydrocarbon Hydroxylation by Cytochrome P450"Bull. Chem. Soc. Jpn.. 73. 401-407 (2000)

K. Yoshizawa：“细胞色素 P450 进行烃羟基化的两步协同机制”公牛。

K. Yoshizawa: "Inversion of Methane on Transition Metal Complexes"J Am. Chem. Soc.. 121. 5266-5273 (1999)

K. Yoshizawa：“过渡金属配合物上的甲烷转化”J Am。

K. Yoshizawa: "Reaction Pathway for the Direct Benzene Hydroxylation by Iron-Oxo Species"J. Am. Chem. Soc.. 121. 147-153 (1999)

K. Yoshizawa：“铁氧化物质直接苯羟基化的反应途径”J。

K. Yoshizawa: "Intrinsic Reaction Coordinate Analysis of the Conversion of Methane to Methanol"J. Chem. Phys.. 111. 538-545 (1999)

K. Yoshizawa：“甲烷转化为甲醇的本征反应坐标分析”J。

K. Yoshizawa: "Tow-Step Concerted Mechanism for Methane Hydroxylation on the Diiron Active Site of Soluble Methane Monooxygenase"J. Inorg. Biochem.. 78. 23-34 (2000)

K. Yoshizawa：“可溶性甲烷单加氧酶的二铁活性位点上甲烷羟基化的两步协同机制”J。