Chiral dinuclear zinc(II) complexes [Zn2(R-bppmp)(MeCO2)2]BPh4 (1R) and [Zn2(S-bppmp)(MeCO2)2]BPh4 (1S) were previously reported to hydrolyze peptide bonds, and the activity of 1S was two times larger than that of 1R. In order to clarify the reason for the difference in activity, substrate incorporation modes were investigated on the basis of Density Functional Theory (DFT) method. Consequently, in the case of 1S, the most stable isomer was found to be suitable in incorporating the substrate in a stable form. As for the case of 1R, the most stable isomer was found to be not suitable, whereas the second most stable isomer was found to be suitable in incorporating the substrate in a stable form.
二核亜鉛構造は加水分解酵素の活性中心にしばしば見いだされる．例えばアミノペプチダーゼの多くが活性中心に二核亜鉛構造を有し [1,2,3]，ペプチドのN末端を加水分解している．また細菌の薬剤耐性獲得に関与するメタロ-β-ラクタマーゼ(EC 3.5.2.6) [4]や臓器の障害の指標となるアルカリフォスファターゼ(EC 3.1.3.1) [5]の活性中心にも二核亜鉛構造が見られる．このような背景から二核亜鉛錯体の加水分解機能に関する研究はさまざまな二核亜鉛酵素の働きをよりよく理解することに役立つ．
キラルな二核化配位子(Figure 1)を用いて合成した二核亜鉛錯体[Zn2(R-bppmp)(MeCO2)2]BPh4 (1R)および[Zn2(S-bppmp)(MeCO2)2]BPh4 (1S) は互いに鏡像体の関係にあり，どちらもアミノペプチダーゼ類似活性(ペプチド加水分解活性)を示すが，キラルな基質(L-ロイシン-p-ニトロアニリド)の加水分解速度定数は1Sが1Rの約二倍大きい [6]．この違いを解明することを目的として，今回は密度汎関数法を用いて基質の取り込みについて詳細に調べた．
Chemical structures of chiral dinucleating ligands.
DFT計算に用いる二核亜鉛錯体の初期構造はWinmostar [7] で作成した．DFT法による構造最適化計算は九州大学のFUJITSU PRIMERGY CX400 (TATARA)上，GAMESS [8,9] を用い，LC-BOP/6-31G [10] でおこなった．
二核亜鉛錯体 1Rおよび1Sは，水溶液中で酢酸イオンが解離し，[Zn2(R/S-bppmp)(H2O)4]3+錯カチオンとして存在すると考えられる．そこでこの錯カチオンについて配座解析をおこない，六通りの異性体が得られた(Figure 2)．ここで二核化配位子(R/S-bppmp)の二本のキレート側鎖の右巻き/左巻きを区別するためフェノール環とFe-O-Fe平面のなす二面角が正になるものをP体，負になるものをN体とした．またキラルなN置換基の配向を表すために二面角Zn-N-C*-C (Ph)を用いた．例えば異性体RP0は，N置換基の絶対配置がRのP体で，N置換基中のフェニル基が亜鉛方向を向いていることを示している．
Computed isomers for [Zn2(R/S-bppmp)(H2O)4]3+.
次に基質モデルとしてL-アラニンアミド(AA)を取り込ませた[Zn2(R/S-bppmp)(μ-AA)(H2O)2]3+錯カチオンについて配座解析をおこない，六通りの異性体が得られた(Figure 3)．基質は，δ型よりもλ型配座として二核錯体に結合しやすいことがDFT計算で示されており [11]，今回の錯体でもλ型配座が有利であることが示された．また，P体はδ配座しか取り込まず，N体はλ配座しか取り込まないことも分かった．すなわち，錯体1Sの最安定化構造SN0はλ配座の基質取り込みに有利であるのに対し，錯体1Rの最安定化構造RP0はλ配座の基質取り込みには不向きであるため，第二安定化構造RN0でアミノペプチダーゼ類似活性を発現していると考えられる．以上のように，錯体の安定構造を考察することで，立体選択性が説明できた．
Computed substrate incorporation modes.
本研究は山形大学の運営交付金によっておこなわれた．TATARAの利用では，九州大学の稲富雄一博士にお世話になった．
