シクロヘキサノンモノオキシゲナーゼ

関連する読書

紹介

シクロヘキサノンモノオキシゲナーゼは、非常に広範な基質スペクトルを持つフラビン依存性モノオキシゲナーゼであり、窒素、ホウ素、硫黄のヘテロ原子の酸素化など、100以上の異なる反応を触媒することができます。化学触媒と比較して、シクロヘキサノンモノオキシゲナーゼは触媒反応において分子酸素を酸化剤として直接使用でき、より穏やかな条件下で高い立体選択性を達成できるため、現在有機合成において不可欠なツール酵素となっています。

CHMO

シクロヘキサノンモノオキシゲナーゼ（CHMO）は、属Bacillusに由来する最初の合成の可能性を持つCHMOです。シクロヘキサノンモノオキシゲナーゼの分子量は約60 kDaで、環状ケトンやアルデヒドなど100以上の基質を触媒する能力があり、非常に広範な基質スペクトルを持っています。さらに、CHMOは硫化物、三級アミン、亜硫酸塩などのヘテロ原子を触媒する能力も持ち、非常に強力な触媒能力と選択性を示します。

分類

CHMO酵素は、その補酵素依存性に応じて三つのカテゴリに分類されます。タイプI CHMOはフラビンとNADPHを補因子として依存し、グループBフラビンモノオキシゲナーゼに属します。タイプII CHMOはNADHとFADに依存し、クラスCフラビンモノオキシゲナーゼに属します。タイプIII CHMOは非典型的なCHMOで、クラスAフラビンモノオキシゲナーゼに属します。その中で、CHMOはクラスI CHMOに属し、フラビンアデニンジヌクレオチド（FAD）とNADPHを補酵素として依存します。このクラスのCHMOは、二つの特徴的なフィンガープリント配列「GXGXXG」を含み、これは二つの構造ドメインに保存されており、それぞれFADとNADPHの補酵素のための非共有結合結合部位です。CHMOはFAD結合ドメインとNADPH結合ドメインの二つの構造ドメインを含んでいます。この結合ドメインのアミノ酸の変異は、その補酵素依存性を変えることができます。FraaijeらによるNADPH結合の重要な残基の変異は、変異体をNADPH依存からNADH依存に変えました。

触媒メカニズム

CHMOによって触媒される酵素反応全体を通じて、補酵素NADPHは最初にFADを還元してFADの還元状態を形成し、これが分子酸素によって酸化されてC4α-ペルオキシイソシアニン中間体を形成します。この中間体は、基質ポケットに結合した基質のカルボニル炭素原子を攻撃する求核試薬として機能し、四面体の「クリゲー」中間体を形成し、その後分子再配置が行われ、ベイヤー・ビリガー反応で酸素原子が基質に転送されます。再配置の後、C4α-ペルオキシイソシアニン中間体から水分子が放出され、FADが再生され、NADPは反応全体を通じてC4α-ペルオキシイソシアニン中間体に結合して中間体の安定性を維持します。

生物学的機能

CHMOは細胞内での主な機能がシクロヘキサノンという環状ケトンをε-カプロラクトンに変換する触媒であり、これはシクロヘキサノールの生物分解経路における重要なステップです。しかし、CHMOの特異性が欠如しているため、一般的に4〜6員環の環状ケトンからラクトンを形成するために使用でき、これらは脂肪酸に加水分解される可能性があります。さらに、CHMOは芳香族アルデヒドや三価リンやホウ酸などのヘテロ原子を含む化合物を酸素化する能力も持ち、工業用途の候補となっています。

酵素メカニズム

シクロヘキサノンモノオキシゲナーゼ（CHMO）は、NADPHとO₂を共基質として使用し、FADを補因子として基質に酸素原子を挿入します。このプロセスには、フラビン-ペルオキシドおよびクリゲー中間体の形成が含まれます。