オリゴペプチド鎖を配位空間として用いた金属酵素機能モデルの構築

以寡肽链为配位空间构建金属酶功能模型

• 批准号: 20655012
• 负责人: 林 高史
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20655012/
• 关键词: オリゴペプチド; 金属酵素; 機能モデル; 金属錯体; 触媒

生体材料を用いた金属錯体の構築は、複雑な金属タンパク質のメカニズム解明に対して有用であるだけでなく、水中で働く環境負荷軽減型触媒の開発として極めて興味深いテーマである。本課題研究では、生体内でCd,Hg,Zn等の重金属の捕捉・無毒化を行うメタロチオネインと呼ばれる比較的小さなタンパク質(含システインオリゴペプチド)に着目し、メタロチオネインの1/3を占めるシステイン残基を利用して、タンパク質マトリクス内に鉄硫黄クラスターあるいは鉄・モリブデン硫黄クラスターを構築すること試みた。得られた新しいメタロチオネインは、巨大かつ複雑なニトロゲナーゼの簡単なモデルとして見なすことができ、『水中での窒素固定からアンモニアへの変換を触媒する安定な生体模倣機能分子の創製』を最終目的としている。具体的には、以下の成果を得た。(i)メタロチオネイン再構成法の確立メタロチオネインは、生物の細胞質に広く分布し、システインを極めて多く含む小規模のタンパク質である。このメタロチオネインは2つの独立したドメインから形成されているが、今回はこのうちαドメイン(30残基:含13システイン残基)に着目し、ペプチド合成によるαドメイン(アポタンパク質)の合成とαドメインを使った新しい非天然金属クラスター(鉄またはコバルト)とシステインのSH基で構成される錯体の合成に成功し、質量分析等で同定した。(ii)再構成メタロチオネインを用いたニトロゲナーゼ類似反応得られたメタロチオネイン鉄錯体を用いて、メチルレッド(ヒドラジン誘導体)の還元反応(N=N結合の水素付加反応)を実施した。その結果、ほぼ100%で、還元体のヒドラゾベンゼンが得られ、難しい窒素の還元の一つのステップの模擬反応を示すことができた。

使用生物材料构建金属配合物不仅有助于阐明复杂金属蛋白的机制，而且对于开发在水中起作用的环境友好型催化剂来说也是一个非常有趣的主题。在这个研究项目中，我们关注的是一种相对较小的蛋白质，称为金属硫蛋白（含半胱氨酸的寡肽），它可以在体内捕获并解毒Cd、Hg和Zn等重金属，以及占金属硫蛋白三分之一的半胱氨酸残留物。我们尝试使用这种方法在蛋白质基质内构建铁-硫簇或铁-钼-硫簇。由此产生的新金属硫蛋白可以被视为大型复杂固氮酶的简单模型，最终目标是“创造一种稳定的仿生功能分子，催化水中固氮转化为氨”。具体来说，我们得到了以下结果。 (i)金属硫蛋白重构方法的建立金属硫蛋白是一种广泛分布于生物体细胞质中的小规模蛋白质，含有极大量的半胱氨酸。这种金属硫蛋白是由两个独立的结构域组成的，但这次我们重点关注α结构域（30个残基，包括13个半胱氨酸残基），并重点研究通过肽合成和α结构域合成α结构域（脱辅基蛋白）。我们成功合成了一种由新的非天然金属簇（铁或钴）和半胱氨酸的SH基团组成的复合物，并使用质谱法对其进行了鉴定。 (ii)使用重构金属硫蛋白的固氮酶样反应使用所得金属硫蛋白铁络合物，进行甲基红(肼衍生物)的还原反应(N＝N键的氢化反应)。结果，以几乎 100% 的产率获得了还原产物肼苯，并且我们能够演示一种模拟困难的氮还原过程中的一个步骤的反应。

项目成果

Construction of Supramolecular Polymer Formed by Hemoprotein Assembly

血红素蛋白组装形成的超分子聚合物的构建

• 发表时间: 2008
• 作者: S. Fukuoka;T. Yamamoto;Y. Nakazawa;A. Kobayashi;and H. Kobayashi;小林範久;Kazuma Yasuhara;Takashi Hayashi
• 通讯作者: Takashi Hayashi

タンパク質ポリマーが架橋された構造体

蛋白质聚合物交联的结构

• 发表时间: 2010