モノリグノール配糖体を用いた酵素的脱水素重合反応の解析と応用

木质醇单苷酶促脱氢聚合反应分析及应用

基本信息

批准号：
08J02841
负责人：
飛松裕基
金额：
$ 0.77万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

広葉樹・草本リグニンの主要前駆体であるS型モノリグノールの実験室的脱水素重合では、通常、S型人工リグニン(S-DHP)はほとんど生成しないことが知られている。本研究ではこれまで、モノリグノール配糖体の均一系脱水素重合を利用した脱水素重合モニタリング法を開発し、それによるS型モノリグノールの特異な重合挙動の解析を行ってきた。昨年度までの研究で、「S型モノリグノールの重合過程で極めて安定なS型キノンメチド中間体(S-QM)が生成すること」、「S-QMの解消を促進する求核試薬存在下での脱水素重合によりS-DHPが高収率に生成すること」を見出し、それらに基づき、「S-QMの低反応性によりS-DHPの生成が阻害されていること」を提案した。本年度は、リグニン生合成でのS-QMの解消機構の解明を目指し研究を進めた。具体的には、キノンメチド化合物の酸性溶媒中での不安定化に着目し、S型モノリグノールの西洋わさびペルオキシダーゼ(HRP)触媒脱水素重合における溶媒pH効果を調べた。まず、S型配糖体の均一系HRP触媒重合をモデルとしてUVスペクトルならびにGPCによる脱水素重合のモニタリングを行い、重合過程でのS-QMの挙動を調べた。その結果、pH4.5以下の酸性条件においてS-QMの解消速度が大きく加速し、それによりS-DHPの生成も促進されることが示唆された。S型モノリグノールのHRP触媒重合による検証を行ったところ、予測通りS-DHPの収率はpH4.5以下で向上し、pH3.5で最大となった。さらにS-DHPの各種構造解析により、α-アリール型β-0-4構造に対するα-遊離水酸基型β-0-4構造の比率がpH4.5以下の重合で著しく増加することを見出した。以上の結果は、S型モノリグノールのHRP触媒脱水素重合では、pH4.5以下での酸性条件において、溶媒水分子によるS-QMへの酸触媒求核付加反応が速やかに進行し、その結果として、S-DHPの生成が促進されることを示唆する。このことから、天然でのリグニン生合成におけるS-QMの解消機構となり得る因子として細胞壁の低pH環境を提案した。

众所周知，在实验室脱氢聚合中，S型单极醇是硬木和草本木质素的主要前体，通常会产生S型人工木质素（S-DHP）。在这项研究中，我们开发了一种使用糖苷的均质脱氢作用来监测脱氢聚合的方法，因此分析了S型单酚的独特聚合行为。在直到去年的研究中，我们发现“ S型醌甲基甲酯中间体（S-QM）是在S型单子酚的聚合过程中产生的，并且“ S-DHP是通过脱水来产生的。 S-QM的反应性。”今年，我们进行了研究，旨在阐明木质素生物合成中S-QM分辨率的机制。具体而言，我们专注于酸性溶剂中喹酮甲基化合物的不稳定，并研究了溶剂pH值对辣根过氧化物酶（HRP）催化s型单寄电醇的脱氢作用的影响。首先，监测使用S型糖苷作为模型的均质HRP催化聚合，使用GPC进行了紫外光谱和脱氢聚合化，并研究了在聚合过程中S-QM的行为。结果表明，在低于pH 4.5的酸性条件下，S-QM的分辨率大大加速，这也促进了S-DHP的产生。如预期的那样，S-DHP产量在pH 4.5或以下时提高，并在pH 3.5时达到其最大值。此外，S-DHP的各种结构分析发现，无α-无α-羟基β-0-4结构与α-芳基型β-0-4型结构的比率显着增加，当时聚合低于pH 4.5。上述结果表明，在HRP催化的S型单极醇的脱氢聚合中，溶剂水分子在pH 4.5或以下的酸性条件下迅速在酸性条件下快速进行S-QM的酸性亲核添加反应，从而导致S-DHP产生S-DHP。因此，我们提出了细胞壁的低pH环境，作为在天然木质素生物合成中解决S-QM的潜在机制。