二重水素移動によるスーパーオキシドラジカルアニオンおよび過酸化水素スカベンジャーとしてのスルフォラファンの作用メカニズム：スーパーオキシドジスムターゼ鉄のモデル

スーパーオキシドラジカルアニオン（O2（• - ））および過酸化水素（H2O2）のスカベンジャーとしてのスルフォラファンの作用メカニズムを、気相と水性媒体の両方で密度官能理論（DFT）を使用して調査しました。生物学的媒体からのスーパーオキシドラジカルアニオンの除去に関与するスーパーオキシドジスムターゼ（Fe-SOD）は、3つのヒスチジンリングに付着した鉄イオン（Fe（3+））からなる複合体によってモデル化されました。スルフォラファンによるスーパーオキシドラジカルアニオンの除去に関連する反応は、気相と水性媒体の両方でこのモデルで表されるFe-SODの存在下および非存在下でDFTを使用して研究されました。スーパーオキシドラジカルアニオンと過酸化水素の両方に向けたスルフォラファンの除去作用は、二重水素移動の異常なメカニズムを伴うことがわかりました。Fe-sodを使用せずに、スルフォラファンのみが、対応する反応障壁が非常に高いため、気相でスーパーオキシドラジカルアニオンまたは効率的に除去できないことがわかった。ただし、上記のモデルで表されるFe-SODの存在下では、除去反応は障害になり、スルフォラファンはそれを過酸化水素に効率的に変換することによりスーパーオキシドラジカル陰イオンを除去します。さらに、スルフォラファンは、それを水に変換することにより、過酸化水素も非常に効率的に除去することがわかりました。したがって、優れた抗酸化物質としてのスルフォラファンの作用メカニズムが解明されました。

The mechanism of action of sulforaphane as a scavenger of superoxide radical anion (O2(•-)) and hydrogen peroxide (H2O2) was investigated using density functional theory (DFT) in both gas phase and aqueous media. Iron superoxide dismutase (Fe-SOD) involved in scavenging superoxide radical anion from biological media was modeled by a complex consisting of the ferric ion (Fe(3+)) attached to three histidine rings. Reactions related to scavenging of superoxide radical anion by sulforaphane were studied using DFT in the presence and absence of Fe-SOD represented by this model in both gas phase and aqueous media. The scavenging action of sulforaphane toward both superoxide radical anion and hydrogen peroxide was found to involve the unusual mechanism of double hydrogen transfer. It was found that sulforaphane alone, without Fe-SOD, cannot scavenge superoxide radical anion in gas phase or aqueous media efficiently as the corresponding reaction barriers are very high. However, in the presence of Fe-SOD represented by the above-mentioned model, the scavenging reactions become barrierless, and so sulforaphane scavenges superoxide radical anion by converting it to hydrogen peroxide efficiently. Further, sulforaphane was found to scavenge hydrogen peroxide also very efficiently by converting it into water. Thus, the mechanism of action of sulforaphane as an excellent antioxidant has been unravelled.