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：
03241223
负责人：
谷口功
金额：
$ 1.28万
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：
1991
资助国家：
日本
起止时间：
1991 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では新規精密化学反応構築の基礎として、金属タンパク質の電極上での速い電子移動とその応用を目的とした研究を進めた。その成果の大略は下記の通りである。1.タンパク質の速い電子移動が可能な機能電極の開発: 非ヘム系酸性タンパク質で光合成系における重要な電子伝達タンパク質であるフェレドキシンについて、In_2O_3やカ-ボン電極を用いて、適当なポリカチオンの共存下、明瞭なレドックス波が得られることを見出した。特にIn_2O_3電極上、微量のポリ-Lーリジン存在下で不均一電子移動速度定数5X10^<-3>cm/s程度の極めて速い直接電子移動が達成された。この電極は、起源の異なるフェレドキシンや部位特異的な人工変異分子についても適用できる。種々のフェレドキシンの電気化学測定から、光合成系非光合成系フェレドキシンの特性を明らかにするとともに、進化論的に保存された39番目及び46番目のセリン残基が必ずしもフェレドキシンの機能に必須のアミノ酸ではないことも示された。また、馬心筋由来のヘム蛋白質であるミオグロビンの速い電子移動が可能な電極を得た。この電子移動が未変性ミオグロビンによるものであることを分光電気化学的手法で明らかにした。2.フェレドキシンの電極反応を介した生物電気化学反応系の構築: フェレドキシンの電極反応を制御することで、種々の酵素反応系を共役させて精密合成化学反応への展開を可能とした。即ち、フェレドキシンーNADP^+ーリダクタ-ゼを用いてNADP^+からNADPHを生成させ、さらにNADPHを補酵素とする反応と組合わせて還元的カルボン酸サイクルの一部をモデル化した。例えば、リンゴ酸酵素存在下、ピルビン酸にCO_2を固定してリンゴ酸が生成する。また、同様に、NADPHを補酵素としてアンモニアを固定してアミノ酸合成も可能である。

这项研究旨在在金属蛋白电极上快速电子转移及其作为构建新的精确化学反应的基础。结果的一般概述如下：1。能够快速电子转移蛋白质的功能电极的发展：我们发现，在光合系统中，非血红素酸性蛋白和重要的电子转移蛋白可以在使用IN_2O_3和碳电极的适当聚阳离的情况下获得清晰的氧化还原波。特别地，在存在痕量的聚l-赖氨酸的情况下，在IN_2O_3电极上，具有异质电子传递速率常数极为快速的直接电子转移。该电极也可以应用于不同起源和特异性人工突变体分子的铁氧还蛋白。各种铁蛋白的电化学测量结果揭示了光合作用非光合合成铁蛋白的特性，并且还表明，在39和46位的进化保守的丝氨酸残基不一定是对铁质蛋白功能的必不可少的氨基酸。此外，还获得了能够快速电子转移肌红蛋白的电极，即源自马心肌的血红素蛋白。通过光谱化学技术证明了这种电子转移是由天然肌球蛋白引起的。 2。通过铁蛋白的电极反应来构建生物化学反应系统：通过控制铁氧还蛋白的电极反应，可以将各种酶反应系统偶联成精确的合成化学反应。也就是说，使用铁氧还蛋白-NADP^+还原酶从NADP^+产生NADPH，并将部分还原性羧酸周期与反应结合使用NADPH作为辅酶来建模。例如，在存在苹果酸酶的情况下，将co_2固定在丙酮酸上产生苹果酸。同样，可以通过使用NADPH作为辅酶来固定氨的氨基酸合成。