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：
05209225
负责人：
谷口功
金额：
$ 1.22万
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：
1993
资助国家：
日本
起止时间：
1993 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、これまでの研究結果を基礎として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応用して、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うりである。1.フェレドキシンの電極反応制御のために、In_2O_3電極をポリペプチド水溶液に浸せきする方法あるいはカチオン性アミノ基を有するシランカップリング試薬と反応させる方法で、安定な機能性修飾電極を得た。これらの電極によって、電気化学的手法でフェレドキシン(Fd)の機能評価が可能となった。例えば、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、セリン39やセリン46、スレオニン47の3箇所についてアラニン、グリシン、グリシンで置き換えたものの酸化還元電位は、NADP^+の還元電位よりも貴な電位までシフトし、酵素反応によるNADP^+の還元反応が、進行しないことが明らかになった。この種機能修飾の電極を用いてFdの電極反応を制御することで、Fd-NADP^+-リダクターゼを介したNADPHの生成や共役酵素反応が進行することも確認された。また、耐熱性細菌由来の7Fe型Fdの電子移動反応の計測も可能である。2.市販品を精製した馬心筋およびクジラ由来のミオグロビン(Mb)は、いずれも高親水性表面を有するIn_2O_3電極上で明瞭かつ安定な酸化還元波を示した。不均一電子移動速度定数は、In_2O_3電極表面の親水性と良い相関性を示し、特に、クジラMbでは馬由来のものより高い親水性表面でのみ電気化学応答が得られた。3.通常の市販品の5mmセルを用いてサンプル量が0.5ml以下でUV-Vis.およびCD・MCDスペクトルのin situ 測定が可能な簡易セルを作製し、Fdの酸化還元反応過程のCD及びMCDスペクトル変化や動的反応過程の追跡、FdをメディエイターとしたNADP^+の還元反応のモニターが可能であることを示した。

在这项研究中，我们将根据之前的研究成果，开发和应用可以控制金属蛋白质电子转移的功能修饰电极，阐明金属蛋白质的独特功能，并将其应用于利用生物分子的精密化学反应，目的是测量金属蛋白质的发展。今年的研究成果主要有以下几点。 1.为了控制铁氧还蛋白的电极反应，将In_2O_3电极浸入多肽水溶液中或与具有阳离子氨基的硅烷偶联剂反应，得到稳定的功能修饰电极。这些电极使得使用电化学方法评估铁氧还蛋白 (Fd) 的功能成为可能。例如，在胚胎保守氨基酸被位置选择性取代的Fd突变分子中，丝氨酸39、丝氨酸46和苏氨酸47被丙氨酸、甘氨酸和甘氨酸取代，但氧化还原电位为NADP。 NADP^+的还原电位转移到比^+更高的电位，并且酶反应引起的NADP^+的还原反应不进行。还证实，通过使用这种功能修饰电极控制Fd的电极反应，NADPH的生成和偶联酶反应是通过Fd-NADP^+-还原酶进行的。还可以测量源自耐热细菌的7Fe型Fd的电子转移反应。 2.商业纯化的马心肌和鲸鱼肌红蛋白(Mb)在具有高度亲水性表面的In_2O_3电极上均显示出清晰且稳定的氧化还原波。非均匀电子转移速率常数与In_2O_3电极表面的亲水性表现出良好的相关性，特别是在鲸鱼Mb中，仅在亲水性高于马的表面上获得电化学响应。 3. 使用市售的 5 mm 样品池，我们创建了一种能够原位测量 UV-Vis 和 CD/MCD 光谱的简单样品池，样品体积为 0.5 ml 或更少，并在氧化还原反应过程中测量 CD 和 MCD 光谱。我们表明可以跟踪 MCD 光谱变化、动态反应过程，并使用 Fd 作为介体监测 NADP^+ 的还原反应。