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。

在这项研究中，我们进行了旨在电极上金属蛋白的快速电子转移及其应用的研究，作为构建新的精密化学反应的基础。结果总结如下。 1.开发允许蛋白质快速电子转移的功能电极：对于铁氧还蛋白（一种非血红素酸性蛋白质和光合系统中重要的电子转移蛋白质），使用In_2O_3和碳电极共存适当的聚阳离子，我们发现了清晰的氧化还原作用。可以获得波。特别地，在痕量的聚-L-赖氨酸存在下，在In_2O_3电极上实现了极快的直接电子转移，异质电子转移速率常数约为5×10 2 -3 cm/s。该电极还可应用于不同来源的铁氧还蛋白和位点特异性人工突变分子。通过对各种铁氧还蛋白的电化学测量，我们阐明了光合和非光合铁氧还蛋白的特征，并证明了进化上保守的39和46位丝氨酸残基不一定是铁氧还蛋白功能所必需的氨基酸。我们还获得了一种电极，可以实现肌红蛋白（一种源自马心肌的血红素蛋白）的快速电子转移。使用光谱电化学技术，我们发现这种电子转移是由于未变性的肌红蛋白造成的。 2.通过铁氧还蛋白的电极反应构建生物电化学反应体系：通过控制铁氧还蛋白的电极反应，我们可以偶联各种酶反应体系，开发精密合成化学反应。也就是说，我们使用铁氧还蛋白-NADP^+-还原酶从 NADP^+ 生成 NADPH，并将其与使用 NADPH 作为辅酶的反应相结合，以模拟部分还原性羧酸循环。例如，在苹果酸酶的存在下，通过将CO_2固定在丙酮酸上来生产苹果酸。同样，通过使用NADPH作为辅酶固定氨，也可以合成氨基酸。