Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

メタン菌 / 補酵素Mモデル / F430モデル / メチル基転移 / チイルラジカル / 超原子価 / F_<430>モデル / メチ基転移 / 補酵素M / F430 / 補酵素B_<12> / 補酵素B / 補酵素F_<430> / テトラヒドロ葉酸

メタン発生菌は厳格な嫌気性細菌で特異な細胞膜構造や代謝形態で他の生物群とは異なる特徴を多々有している。そのメタン菌代謝の中心をなすものはC1-単位、特にメチル基の転位反応である。メチル基はメタノプテリン→補酵素B12→補酵素M→F430→プロトンと転移して最終的にメタンを発生する。
本年度は主としてメタノプテリンモデル化合物の合成および補酵素Mモデルの反応を行った。まず、メタノプテリンの主骨格であるプテリジン環の合成法として、我々が従来から研究してぃる2,3-ジシアノピらジンを出発原料とする新しいルートを研究した。この反応の重要過程はジシアノピらジンのシアノ基の1つを置換してアミンに導くことであるが、アンモニアを求核剤とした場合複雑な反応が起こるので、本研究ではアリルアミン及びプロパルギルアミンを用いて置換体を得、0価パラジウムや他の還元剤を用いて還元的に脱アリル或いは脱プロパルギルする方法を開発した。この方法を利用したプテリジン環合成は現在ほとんど完成している。またピリミジン誘導体を出発原料とするプテリジン合成も同時に手がけており、6-アリルアミノウラシルからの合成ルートもほぼ最終段階に達している。
次にもう1つの研究は補酵素Mのメチル基受け渡しをモデル化した反応であるが、われわれはこの過程において、チイルラジカルが重要な役割を演じていることをつきとめた。そしてこのメチル基転移が本質的にメチルラジカル-チイルラジカル間のS_H2反応であることをつきとめた。その遷移状態においてはイオウにもう一つの配位子が結合して(10-S-3)の超原子価状態をとり、遷移状態が安定化を受けていることを実験事実に基づいて提唱した。このことから、リボ核酸還元酵素によるDNA合成において重要な過程である還元酵素中のチイルラジカルによるリボースからの水素引き抜きにも、チイルラジカルの超原子価が関与している可能性を提唱し、モデル反応からそれを支持する実験結果を得ている。酵素中のシステイン残基が反応に関与するれいは数多く存在し、全てとは言わないまでも超原子価状態が反応に関与している場合も多いと思われる。すなわち酵素反応を理解する上で本研究の成果は大きな意義があると考えられる。

葉酸 / プテリジン合成 / ラジカル置換反応 / コバロキシム / コバルト-イオウ相互作用 / メチル基転移 / 混合ジスルフィド / C_1-転移 / 葉酸モデル / 補酵素B_<12>モデル / 補酵素Mモデル / メタン菌

本研究はC_1-単位転移に関する補酵素群に関するものであり、大きく分けて3つの課題に取り組んだ。第1課題は葉酸モデル化合物の合成であり、第2の課題は補酵素B_<12>モデルとしてのコバロキシム誘導体の反応である。また第3の課題は補酵素Mのモデル反応としてイオウ上でのラジカル置換反応に関するものである。
第1課題に関してはジシアノピラジンを出発原料としてプテリジン環を合成するルートを開拓した。ここではピラジン環上のシアノ基が第一アミン類と反応して置換生成物を与えることが鍵反応となり、得られたアミノ体から、(a)イソニトリル、(b)グアニジンの作用でプテリジン環を合成する2つの新しいルートを発見した。さらにプラリジン類にアニリノメチル基を導入する方法として、(a)β-アニリノメチル酢酸の一電子参加、(b)N-シリルメチルアニリンの光反応によって生じたアニリノメチルラジカルのプテリジン環上でのラジカル置換反応を利用した2つの合成法を開拓した。さらにジアジノン類とエナミンあるいはシリルエノルエーテル間の逆電子要請型ジエン付加を利用する方法を開拓した。
第2課題に関してはメチルコバロキシムからラジカル置換反応でメチル基がイオウ化合物に転移する場合、(a)イオウ化合物上の置換基効果、コバロキシム上の置換基礎効果、(b)イオウ化合物とコバロキシム間の相互作用の分光学的研究を作った。この結果、イオウは2価のコバロキシムに強く配位し、これがイオウ上でのラジカル反応を著しく促進していることを明らかにした。
第3の課題に関してはメチル基が補酵素Mのイオウからニッケル錯体(F_<430>)へ転移する反応のシミュレーションを作った。このとき、もう1分子のメルカプタンをニッルに配位させ、これを光分解させると混合ジスルフィドが得られたことによりシミュレーション出来たと考えている。