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1) Y. Kobuke, K. Hanji, K. Horiguchi, M. Asada, Y. Nakayama, J. Furukawa, J. Am. Chem. Soc., 98, 7414(1976). 2) S. Yoshida, S. Hayano, J. Memb. Sci.,

50 2 I SI MKSA r q r q F F = 1 qq 4πε 0 r r 2 r r r r (2.2 ε 0 = 1 c 2 µ 0 c = m/s q 2.1 r q' F r = 0 µ 0 = 4π 10 7 N/A 2 k = 1/(4πε 0 qq

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1: DTS r 1, r 2 v ρ(x) = π(r1 2 r2) 2 dr dt 1 v x (2) t=x/v DTS [2] wt% KCl %/ 2 3 5wt% NaCl 3wt% ( ) 2 45 NaCl 300Hz 4-1.3%/ [2]

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( ) ( ) (action chain) (Langacker 1991) ( 1993: 46) (x y ) x y LCS (2) [x ACT-ON y] CAUSE [BECOME [y BE BROKEN]] (1999: 215) (1) (1) (3) a. * b. * (4)

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4 2 Rutherford 89 Rydberg λ = R ( n 2 ) n 2 n = n +,n +2, n = Lyman n =2 Balmer n =3 Paschen R Rydberg R = cm 896 Zeeman Zeeman Zeeman Lorentz

記 者 発 表(予 定)


論文の内容の要旨 論文題目 Spectroscopic studies of Free Radicals with Internal Rotation of a Methyl Group ( メチル基の内部回転運動を持つラジカルの分光学的研究 ) 氏名 加藤かおる 序 フリーラジカルは 化学反応の過

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野々山喜代子先生のご退職に寄せて 略 歴 1943年 愛知県に生れる 1966年 愛知教育大学教育部化学科卒業 1966年 市邨学園短期大学助手 1972年 林学園女子短期大学児童教育学科助手 1974年 林学園女子短期大学講師 1977年 林学園女子短期大学助教授 1982年 江南女子短期大学教授

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配布先 : 京都大学記者クラブ 九州大学記者クラブ 文部科学記者会 科学記者会 大阪科学 大学記者クラブ 兵庫県政記者クラブ 中播磨県民局記者クラブ 西播磨県民局記者クラブ Press Release 2013 年 4 月 5 日報道関係各位公益財団法人高輝度光科学研究センター国立大学法人京都大学国

Transcription:

Redox Chemistry of emoproteins (Fe-Containing Enzymes) Yoshitsugu Shiro RIKE SPring-8 Center Japan eme (Fe-Porphyrin Complex) Ō Fe - Provides 4 itrogen Atoms as Planar Ligands 1

Biometal Science Laboratory 城生体金属科学研究室 Sensor Proteins センサー蛋白質 Redox Enzymes 酸化還元酵素 Structural Genomics 構造ゲノム科学 To Understand Physiological Roles of Bio-metals Based on Structures of Metal-binding Proteins and Enzymes L6 Fe L5 Axial Ligands 2

(x 2 -y 2, z 2 ) 3d (xy, yz, xz) ctahedral Electronic Structure of eme Iron (3d 6 ) (3d 5 ) igh Spin S=2 Low Spin S=0 igh Spin S=5/2 Low Spin S=1/2 L6 none 2 C 2 C - F - - 3-3

In Metal-Binding Proteins, 1. The Properties of the Metal Ions Can Be Modulated by the Protein Part. 2. The Protein Part Can Support the Metal Reactivity. L6 Fe L5 Axial Ligands 4

L6 Fe is δ δ+ B - Redox Potential + e - -300mV ~ +300mV vs. E 5

Myoglobin (+50mV) L6 is Myoglobin (+50mV) 6

Reversible xygen Binding in Ferrous State 2 2 Peroxidases (-240mV) 7

- is + - Peroxidases (-240mV) Asp xidation of Substrate (A 2 ) by 2 2 2A 2 + 2 2 A 2 2 + 2 2 8

Catalytic Mechanism of Peroxidases (xidation of Substrate A 2 ) A. 2 2 Fe 4+ A 2 A 2 2.+ Fe 4+ Compound I A. Fe 5+ - Bond Cleavage Peroxidases: 2 2 [] + 2 (eterolytic Cleavage) eme ( ): 2 2 + (omolytic Cleavage) 9

2 + 2 - - 2 + 2 10

+ Pull Effect 2 + - 2 - Push Effect e - A 2 2 + 2 2 Fe 5+ - 11

Cytochrome P450 Monooxygenase : R + 2 + 2 + + 2e - R + 2 L6 Fe S - Cys Cytochrome P450 12

R 2 Cys S - Low igh Spin (-300mV) (-170mV) e - Reductase (-240mV) R Cys S - 13

R 2 Cys S - R 2 Cys S - e - Reductase 14

R 2 - + 2 -Bonding etwork solvent S - Cys R + 2 -Bonding etwork solvent S - Cys 15

R Cys S - R Fe 5+ Cys S - 16

R Cys S - Reaction Mechanism of Cytochrome P450 2 R R R 2 2 e - R Shunt Pathway R Fe 5+ R 2 2 2 +, e - 17

一原子酸素添加酵素チトクロム P450 脂肪酸水酸化酵素ペルオキシゲナーゼ P450 C - Arg242 + 2 2 2 2 2 2 18

C - + 2 2 - + C - + 2 2 2 19

C - + 2 2 Fe 5+ C 2 - + 2 2 20

verall Structure of P450 Type Enzymes Monooxygenase P450 Fungal R (P450nor) Peroxygenase P450 Reduction of itric xide: 2 + 2 + + 2e - 2 + 2 21

2 - ( + + 2e - ) AD C 2 22

+ AD - + C 2 反応中間体の電子構造 ( 振動スペクトルから ) 1851cm -1 530cm -1? cm -1 543cm -1 2- ~1330cm -1 596cm -1 Ferric e - e - Ferrous Intermediate 23

solvent -Bonding etwork 2 + - + 24

2 2 脱窒カビ一酸化窒素還元酵素 (P450nor) の反応機構 2 2 +, 2e - 2 - + +, + 25

Monooxygenase P450: R + ( 2 ) 2- + 2 + Reductase: + () 2- + 2 + Peroxygenase P450: R + 2 2 R + 2 R + 2 + 2 反応中間体の電子構造 2- n + S - 26

Cryo-Radiolysis (Reduction) Frozen Crystal e - X-ray????? 2-?? 27

Before X-ray exposure After X-ray exposure 脱窒カビ一酸化窒素還元酵素 (P450nor) の反応機構 2 2 +, 2e - 2 - + +, + 28

ar: ir: Denitrification Bacteria Mo Cu or Fe Fungi Mo Lateral Gene Transfer( 水平遺伝子移動 ) Cu R: eme(fe)/fe eme(fe) チトクロム酸化酵素 チトクロム P450 R Reaction 2 + 2 + + 2e - 2 + 2 脱窒カビ R: 水溶性 P450 型 1 eme(fe) 脱窒菌 R: 膜結合型オキシタ ーセ 型 3 eme(fe)+1 non-heme Fe 29

脱窒菌 R is Fe Met e - Cyt c eme c e - is Fe is eme b L e - is Binuclear Reaction 複核活性中心 Center Fe eme b Fe nh is is is 急速混合凍結装置 Mixer (Expanded) 100 μm Mixer Reduced R Liq. 2 Frozen Sample Mixing-to-Freezing Time: 0.5 ~ 10 ms (Conventional:~ 100 ms) Designed by Dr. S. Takahashi (saka Univ.) 30

ESR スペクトル Resting State M-to-F Time 0.5 ms 1.0 ms 3.0 ms 10 ms 休止状態 Resting State c Fe3+ Fe3+ nh b L b Fully xidized State 完全酸化型反応中間体 1 2 + c c b L b b L b Fe3+ nh Fe2+ nh 4e - 4e - 2, 2 2 c 完全還元型 Fully Reduced State Fe2+ Fe2+ nh b L b 提案した反応機構 ( 作業仮説 ) 部分還元状態 Partially Reduced State c Fe2+ Fe2+ nh b L b 2 Intramolecular Electron Transfer Reaction Intermediate 1 反応中間体 1 遷移状態部分酸化状態 c c c Fe2+ Fe2+ nh Fe3+ Fe3+ nh Fe3+ Fe3+ nh b L b b L b b L b 2 + 2, 2 31

脱窒菌 R heme b 3 non-heme Fe B 反応中間体 ( ミリ秒 ) 脱窒菌 R 2 + - - heme b 3 non-heme Fe B? 繊維状態? ( 観測不能 ) 32

脱窒菌 R 2 2 heme b 3 non-heme Fe B 酸化型 脱窒菌 R の反応 2( - ) + 2 + 2 + 2 33

一酸化窒素還元 ( 亜酸化窒素生成 ) の化学 脱窒カビ R () 2- Donor-Acceptor ( 供与ー受容型 ) - - + 2 + 2 脱窒菌 R - - Disproportionation ( 不均化型 ) - 結合の生成 /- 結合開裂 Reaction Intermediate Transient State Fe-- の電子状態を精密に見たい振動分光 (IR and Raman) 法 34

酸素添加酵素一原子酸素添加酵素 X + 2 + 2 + + 2e - X + 2 二原子酸素添加酵素 X + 2 X 2 ヘムを含む二原子酸素添加酵素 X 2 X 35

インドールアミン 2,3 ジオキシゲナーゼ 36

反応機構 ( 作業仮説 ) Deprotonation By enzyme residue B R B R R Deprotonation By oxygen +Trp R R R In Metal-Binding Proteins, 1. The Properties of the Metal Ions Can Be Modulated by the Protein Part. 2. The Protein Part Can Support the Metal Reactivity. 37

蛋白質構造解析の分解能は? 構造変化を理解する 低 触媒反応を理解する 電子状態を理解する 高 38