博士（地球環境科学）

モ ハ ッ メ ド ・ カ ビ ル ・ ウ ッデ イ ン

学 位 論 文 題 名Design and Syntheses ofPeptideZincComplexesandtheir Catalytic Functi
on on Phospho
esters（ベ プ チ ド亜 鉛 錯 体の 設 計 と合 成 お よ びり ン 酸エス テルに対 する触 媒機能）

学位論文内容の要旨
Three different peptides were designed, among them two peptides areN,N'‑
dihistidylethylenediamineLlandim‑bz
l‑N,N"‑dihistidyldie
thylenetri
amineL2:anotheris L‑His‑L‑His‑L‑His‑L‑Tyr‑L‑His‑L‑His‑L‑His L3. Ligands Ll, L2 and L3 weresynthesizedbyusingsolutionphasemethod.L3was purifiedbyHPLC(reverse‑phaseODS 20x250 mm) and the purity of Ll and L2 were checked byHPLC (ODSreverse‑
phase 4.6x250mm)andfinally assignedbylH NMR.Thecomplexationwithzinc andthefunctionofthecomplexes l,2,and3abouthydrolysi
srea
ctionofphosphoesters
such as bis(p‑nitrophenyl) phosphate BNPPandp‑nitrophenylphosphate NPP wereinvestigated using pH titration, 1H NMR and UV‑visible method.
From the pH dependence of coordinationsites,thepKavaluesofL2 wereobtainedbysimulationofpHtitrationmeth
od.T
hepK
aval
ueso
fL2are4.3,4.9fr
om
imidazoliums, 6.8 from secondary aliphaticammonium and 7.4,8.8 from terminal
primary aliphatic ammoniums. The estimated pKa values of Ll are 4, 6 fromimidazoliumsand8,9fromterminalpr
imaryalip
haticammo
niumsandthep
Kavaluesof
L3are3 fromcarboxylicacid, 5 7from imidazoliums,9 fromN‑terminalammonium
and10from tyrosinephenolicgroup.ThestabilityconstantsKstandpKavaluesofcoordinatedwatermoleculeweredeterminedbypHtitrationofequimolar五nccomplex
with L2 inaqueoussolution.Both KstandpKaofthecoordinatedwatermoleculeof
HL2Zn(OH2)are6.1
5and8.26,respecti
vely.Spec
iesd
istri
butio
ndia
gramforequimo
larzinc complexofL2inaqueous solutionshowedthatthe totald
istri
butio
nofHL22n+‑1380―

H2L2Zn(OH) were a maximum peak around pH 7.
Zinc‑titration curvesusinglHNMRtechniqueasafunctionofR= [Zn]/[L]
whereL isLl,L20rL3 showedthatcomplexationstookplacebetweenzincandLl,
L2 and L3at pH7 ina ra
ti0 1: 2,1: 1a
ndl:1,res
pectively.Z
ncompl
exesl
, 2an
d3

weresynthesized fromligandLl,L2 andL3,respectively.ThecompositionsofZncomplexes 2and3 wereobtained by atomic absorptionanalysisof7inc andlHNMR
tec
hnique. The rat
io ofzincandL2incomp
lexisl:1andL
3isl:1.

Finally,thecatalyticfunctionsofZnc
omple
xesw
erei
nvest
igate
dabo
utthe
hydrolysisreactionofphospho
ester
ssuc
hasbis(p‑nitrophenyl)phosphateBNPPa
ndp‑
nitrophenylphosphate NPP.ThehydrolysisreactionofBNPPandNPPwasmonitored
bytheUVappearanceofp‑nitrophenolate around400nm.TheZncomplexesl and3
wereinactive.Th
eZncompl
ex2hydrolyzesefficiently

BNPPandNPP:theirpseu
do‑first‑orderrate constantsarel.1x10‑5s‑land2.lx10‑5s‑l,respectively.ThepH
dependenceofrateconstantsofBNPPhydrolyzedbycomplex2

showedabell‑
shapedprofilearound pH 7. The profileof kobsd for BNPPshowedsimilartothatofpH‑
dependence of the distribution for the sum of HL22n+ H2L2Zn(OH).Thekinetic
parameters activation Gibbs freeenergyAGt180kjmol‑1,activation enthalpyAHt
127 kjmol‑l and activation entropy ASキ ‑165 JK‑lmol‑l were obtainedfrom thetemperaturedependencehydrolysisratecons
tants.Thefactthatentr
opyo
fact
ivati
on
showedveryhigh negativevalueshowsthe probabilityforphos
phoru
sofphosphoest
ertogainthehighercoor
dinat
ionn
umber
.TheZnc
omple
x2m
aybeserv
edascata
lystforcleavage ofphospbodiester backboneof RNNDNA andas wellasof organophosphatebondofagriculturalinsecticides tosavetheenvironment fromthehazardoftoxic
pesticides.

― 1381―

学位論文審査の要旨
主査 教授 市川和彦
副査 教授 西 則雄副査 教授 高杉光雄
副査 助教授 吉田 登

学位論文題名Designand Synt
heses ofPeptideZincComplexesand
their Catalytic Function on Phosphoesters（ベプチド亜鉛錯体の設計と合成およびりン酸エステルに対する触媒機能）

本 研 究 は， 酵 素反 応 を モデ ル とし たり ン酸エス テル加水 分解およ ぴその機構 ，反応活性 化 学 種 の 解 明 を 目 的 と し て ， 3つ の 人 工 的 な ぺ プ チ ド ， N， N― dihistidylethylenediamine Ll，
im−bzトN，N．‑dihistidyldiethyl
ene
tria
mineL2，L―HisーLーHis−LーHis‑L−TyトL−Hi
s−L―His−L−HisL3と 亜 鉛 と の 錯 形 成 能 お よ ぴ 亜 鉛 錯 体 [(Ll)22ri]1， 錯 体 [L22n]2， 錯 体 ［ L32n]3の り ン
酸 エ ス テ ル bis(p− nitrophenyl)phosphate BNPP， p−nitrophenylphosphate NPPの 加 水分 解 機 能 に
つ い て ， pH滴 定 ， iH NMR， 紫 外 可 視 吸 収 ス ペ ク ト ル 法 を 用 い て 溶 液 化 学 の 立 場 か ら 検 討したものである・
本 論 文 は 6章 か ら な り ， 第 1章 で は ， 加 水 分 解 の 機 能 を も つ 酵 素 Escherichia coli alkaline
phosphatase (AP)の 複 核 活 性 中 心 の 構 造 ， モ デ ル 錯 体 を 用 い た こ れ ま で の 研 究 に つ い て 述べ た．

第 2章 で は ， 3つ の 異 な る 人 工 的 な ぺ プ チ ド Ll， L2， L3の 設 計 と 液 相 法 に よ る 合

成 につ い て述 べ た ．

第 3章 で は ， Ll， L2お よ ぴ L3の pKa， 亜 鉛 と の 錯 生 成 定 数 に つ い て

述 べ た ． pH滴 定 の 結 果 か ら ， L2の pKaは ， イ ミ ダ ゾ ー ル か ら は 4.3と 4.9， 二 級 脂 肪 族 ア ミン か ら は 6.8， 而 端 の 一 級 ア ミ ン か ら は 714と 8.8で あ っ た ． Llの pKaは ， イ ミ ダ ゾ ー ル か らは 4， 6， 両 端 の 一 級 ア ミ ン か ら は 8， 9で あ っ た ． L3の pKaは ， カ ル ボ キ シ ル 基 か ら は 3， イ ミダ ゾ ー ル か ら は 5− 7， 末 端 の 一 級 ア ミ ン か ら は 9， チ ロ シ ン の OHか ら は 10で あ る と 予 想 され た ． HL2Zn(OH2)の 生 成 定 数 (Kst)お よ ぴ 配 位 水 の pKaは そ れ ぞ れ 6.15， 8.26で あ る こ とを 明 ら か に し た ． ま た ， distribution diagramか ら Zn:L＝ 1:1の 条 件 下 で は HL22n十H2L2Zn(OH)の 濃 度 は pH7付 近 で 極 大 と な る こ と を 示 し た ．
い た 亜 鉛 滴 定 に よ っ て ， pH7に お け る 溶 存 錯 体 の Zn： L

第 4章 で は ， iH NMRを 用(L＝ Ll， L2， L3)の 比 を 明 ら かに し た ． そ の 結 果 pH7の 水 溶 液 中 で は ， L1に つ い て は 1:2の 錯 体 が 形 成 す る が ， L2と L3‑1382―

に つ い て は 1:1の 錯 体 が 形 成 す る こ と を 明 ら か に し た ．

第 5章 で は ， 合 成 し た ぺ プチ

ド と 亜 鉛 と の 錯 体 の 合 成 ， 原 子 吸 光 に よ る 亜 鉛 と 配 位 子 の 比 の 決 定 に つ い て 述 べ た．
第6章では，リン酸エステルbis(p一nitrophenyl)phosphateBNPP，p‑nitrophenylphosphate
NPPの 加 水 分 解 に 関 す る 亜 鉛 錯 体 の 触 媒 機 能 ， 反 応 機 構に つ い て 検 討 し た ， BNPP， NPPの加水分解は400 nm付近に現れるp−nitrophenola
teの吸収を追跡することによって調べた．亜鉛 錯 体 1お よ び 3は 不 活 性 で あ っ た ． 亜 鉛 錯 体 2は 効 果 的 に BNPP， NPPを 加 水 分 解 し ，
その 擬一 次速 度定 数は それ ぞれ 111X 10‑ss‥ ，2.1xio‑ss．1であった．錯体2によるBNPPの加水 分解 速度 定数 のpH依存 性は ，pH7付近 でbell− shapeのプ ロフ んイ ルを 示し た． これは
HL22n十 HL2Zn(OH)の 濃 度 分 布 の pH依 存 性 と 類 似 し て い た ． こ れ ら の 結 果 か ら ， 反 応活
性化学種はHL22n十HL2Zn(OH)であると結論づけた．
加水 分解 速度 定数 の温 度依 存性 から ，活 性化 Gibbsの自 由エ ネル ギー AGキ 180 kjmol‥，活性化エンタルピーA
Ht 127kJmol‥，活性化エントロピーASキー165J K‑i mol‑iが得られた．
活 性 化 エ ン ト ロ ピ ー に お ける 負 の 大 き な 値 は ， 加 水 分 解の 際， リン 酸エ ステ ルに よる 亜鉛 の 配 位 数 の 増 大 の 可 能 性を示 して いる ．錯 体2は， 農業用 殺虫 剤の 無毒 化の ため の有 機
リ ン 酸 エ ス テ ル 結 合 開 裂 やRNA/DNAの り ン 酸 ジ エ ス テ 少骨 格 の 開 裂 の 触 媒 と な り う る と期待される・
審 査 員 一 同 は ， こ れ ら の成 果 を 評 価 し ， 申 請 者 が 博 士（ 地球 環境 科学 ）の 学位 を受 けるに充分な資格を有するものと判定した．