鉄の代わりに貴金属を含む人工ヘムタンパク質によるアビオロジック触媒
Hanna M Key1,2, Paweł Dydio1,2, Douglas S Clark3,4
1Department of Chemistry, University of California, Berkeley, California 94720, USA.
研究者たちは タンパク質に含まれる鉄を イリジウムのような高貴金属に置き換えて 新しい人工酵素を作り出しました これらのエンジニアリングされた金属酵素は,C-H結合機能化と選択性サイクロプロパネーションを含む新しい化学反応を触媒化し,アビオロジカル触媒の可能性を拡大します.
科学分野:
- バイオ化学とバイオエンジニアリング
- 触媒と酵素工学
- 合成化学
背景:
- メタロ酵素は,分子進化とタンパク質工学によって反応性が調節可能である移行金属センターを使用します.
- アビオロジカルな変換の既存の戦略は,ネイティブのメタロ酵素を修正するか,貴金属複合体を持つ人工メタロプロテインを作成することです.
- これらのアプローチは,固有の金属反応性制約または変異した基板結合相互作用などの制限に直面しています.
研究 の 目的:
- メタロ酵素の原産金属をアビオロジカルな金属に置き換えることで,人工酵素を作るための新しい戦略を開発する.
- 本来の基質結合部位内でアビオロジカルな変換を触媒にできる人工酵素を設計する.
- これらの人工酵素の触媒的活動と選択性を最適化するための誘導進化の可能性を調査する.
主な方法:
- Fe-porphyrin IX (Fe-PIX) タンパク質の鉄を非生物学的貴金属で公式に置き換え,特にイリジウムを含むミオグロビン (Ir) -ミオグロビンを生成する.
- カーベンの挿入とカーベンの添加反応によるC-H結合機能化のための設計されたIr (Me) -ミオグロビンの触媒評価.
- 誘導進化を用いて,Ir (Me) -ミオグロビンは,C-H挿入およびサイクロプロパネーション反応において,エナチオ選択性の高い変異体を生成する.
主要な成果:
- アビオロジカルな金属ポルフィリンを含む人工ヘムタンパク質を成功裏に製造した.
- Ir ((Me) -ミオグロビンは,様々な基板にカルベンを挿入することによって,C-H結合の機能化を触媒化してC-C結合を形成することを実証した.
- C- H挿入およびサイクロプロパネーション反応において高いエナチオセレクティブ性とダイアステレオセレクティブ性を示すIr (Me) - ミオグロビンの誘導進化変異体を生成した.
結論:
- メタロ酵素の原産金属をアビオロジカル金属に置き換える戦略は,新しい触媒のための人工酵素への強力な経路を提供します.
- エンジニアリングされたIr(Me) -ミオグロビンは,アビオロジカルカルベンの転移反応を高選択性で触媒にできる多用途の人工酵素として機能する.
- このアプローチは,様々なタンパク質の構造と非自然な金属のコファクターを組み合わせて,幅広いアビオロジカルな変換を可能にします.
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