生体分子機能電極を用いた生体系金属錯体の電子移動反応制御と精密化学反応への展開

生物分子功能电极对生物金属配合物的电子转移反应控制及其在精密化学反应中的应用

基本信息

批准号：
04225228
负责人：
谷口功
金额：
$ 1.02万
依托单位：
Kumamoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1992
资助国家：
日本
起止时间：
1992 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、金属タンパク質の電子移動制御が可能な機能性修飾電極を開発し、金属タンパク質の特異な機能を解明するとともに、生体分子を用いた精密化学反応への展開を計ることを目的としている。本年度の研究成果の要点は、以下のとおりである。1)光合成系電子伝達タンパク質フェレドキシン(Fd)の電極反応について、In_2O_3やカーボン電極を用いて、例えば、ポリ-L-リジンやポリ-L-オルニチンなどのカチオン性ポリペプチド存在下で、5x10^<-3>cm/s以上の速い直接電子移動が達成された。また、起源の異なるFdや発生学的に保存されたアミノ酸を位置選択的に置換したFdの変異分子について、その電極反応を検討した結果、光合成型のFdIと非光合成型のFdIIIでは、酸化還元電位は前者が約80mV卑な電位にあることが明らかになった。さらに、セリン39やセリン46などをそれぞれアラニン、スレオニン、およびヒスチジン、アスパラギン、アラニンなどに置換したFd変異種の酸化還化電位は、互いに数10mV変化し、この変化は対応する酵素反応における電子伝達反応活性と良い相関を示した。また、Fdの電極反応を制御し、生物電気化学的な精密合成化学反応が可能であることを示した。2)ホウレン草由来のFdをメディエイターとした異化型亞硝酸還元酵素および異化型硝酸還元酵素との反応では、Fdからこれらの酵素への電子伝達効率は低く、Fdが生理学的電子伝達媒体である同化型酵素の場合とは趣を異にすることが示された。3)馬心筋由来おらびクジラ筋肉由来のミオグロビン(Md)は、等電点(pI)は、それぞれ6.8および8.25と異なるが、In_2O_3電極上で、両者ともpH6.5最大の不均一電子移動速度定数を示した。このpH依存性は、2つの起源の異なるMbのヘムの近傍の構造が互いに良く似ていることから、タンパン質の電子移動速度は、全体電荷に基ずくpIよりも電子移動と直接関連した局部構造が重要となる1例として興路深い。この種の電気化学測定法は、起源の異なるMbやMb変異分子についても適用可能であった。

这项研究的目的是开发一种功能修饰电极，可以控制金属蛋白的电子转移，阐明金属蛋白的独特功能，并规划利用生物分子的精密化学反应的发展。今年的研究成果主要有以下几点。 1）关于光合电子传递蛋白铁氧还蛋白（Fd）的电极反应，采用In_2O_3或碳电极，例如在聚-L-赖氨酸、聚-L-鸟氨酸等阳离子多肽存在下，5x10^<快速直接实现了超过-3>cm/s的电子转移。此外，通过检查不同来源的Fd和胚胎保守氨基酸位置选择性取代的Fd突变分子的电极反应，我们发现光合FdI和非光合FdIII都具有氧化还原作用。电位约为80mV基础电位。此外，丝氨酸39和丝氨酸46分别被丙氨酸、苏氨酸和组氨酸、天冬酰胺、丙氨酸等取代的Fd突变体的氧化还原电位彼此相差数十mV，这种变化是由于相应酶促反应中的电子转移与反应活性表现出良好的相关性。我们还表明可以控制Fd的电极反应并进行生物电化学精确的合成化学反应。 2)在使用菠菜来源的Fd作为介体与分解代谢高硝酸还原酶和分解代谢硝酸还原酶的反应中，从Fd到这些酶的电子转移效率低，并且以Fd作为生理电子转移介质的合成代谢反应低。表明情况与类型酶的情况不同。 3)源自马心肌和鲸鱼肌肉的肌红蛋白(Md)具有不同的等电点(pI)，分别为6.8和8.25，但在In_2O_3电极上均显示出在pH 6.5时最大异质电子转移速率常数。这种 pH 依赖性的解释是，两个不同来源的 Mb 血红素附近的结构彼此非常相似，其中一个结构很重要的例子是 Koji Deep。这种电化学测量方法也适用于不同来源的Mb和Mb突变分子。