再構成電子伝達金属蛋白質―自己組織化膜複合電極系光合成素子の開発

重构电子传递金属蛋白-自组装膜复合电极基光合装置的研制

• 批准号: 14050078
• 负责人: 西山 勝彦
• 金额: $ 1.92万
• 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: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14050078/
• 关键词: 自己組織化単分子膜; 修飾電極; 光誘起電子移動反応; 再構成蛋白質; 亜鉛ミオグロビン; NADPH; 光還元

等電点が約7.0である亜鉛ミオグロビンの他に、等電点が約10である亜鉛チトクロムc、等電点が約6.5である亜鉛チトクロムb_<562>などの種々の再構成タンパク質を合成し、その光増感部位及び酵素としての機能を評価した。亜鉛チトクロムb_<562>はミオグロビンと同様に再構成によって得た。窒素雰囲気下で所定の濃度の再構成チトクロムb_<562>、トリエタノールアミン、NADP^+を含む溶液にキセノンランプの可視部(λ>390nm)を照射し、光反応に伴う吸収スペクトルの変化を測定した。光照射前のスペクトルでは約420nmにチトクロムb_<562>のソーレーバンドが観測された。光照射に伴いこのソーレーバンドは徐々に減少し、4時間の照射で吸光度が光照射前の30%程まで減少するとともに、340nmのNADPHの吸収に由来するバンドが徐々に増加した。この状態ではScheme 1に示した光触媒反応が起こっていると考えられる。興味深いことに、光照射を停止してもこの還元反応は徐々に進行することがわかった。すなわち、亜鉛チトクロムb_<562>は反応初期は光触媒として機能していたものの、それ自信の光反応によって、光触媒から暗所においても機能する「酵素」的な挙動を示すことがわかった。暗所での還元反応速度は比較的遅いが、3.5時間の光照射後、9日でNADPHの収率は50%となった。この暗所での還元反応はチトクロムb_<562>に特定される反応ではなく、亜鉛ミオグロビンを増感色素/酵素として用いた場合においても観測された。また、等電点あるいは分子量などのタンパク質としての性質が大きく異なるにもかかわらず、他の条件が同一であれば、ほぼ同様の光還元-化学還元の機能を示した。

除了等电点约为7.0的锌肌红蛋白、等电点约为10的锌细胞色素c、等电点约为6.5的锌细胞色素b_<562>等各种重组蛋白，已合成，并对其光敏位点和酶功能进行了评价。类似于肌红蛋白，通过重构获得锌细胞色素b_<562>。在氮气气氛下，用氙灯的可见光区域(λ>390nm)照射含有预定浓度的重构细胞色素b_<562>、三乙醇胺和NADP^+的溶液，由于吸收光谱的变化，观察光反应。在光照射前的光谱中，在约420nm处观察到细胞色素b_<562>的Soret带。该Soret谱带随着光照射而逐渐减少，照射4小时后，吸光度降低至光照射前的约30％，源自NADPH在340nm处的吸收的谱带逐渐增加。在这种状态下，认为发生了方案1所示的光催化反应。有趣的是，发现即使在光照射停止后，该还原反应也逐渐进行。换句话说，虽然锌细胞色素b_<562>在反应初期起到了光催化剂的作用，但人们发现，由于其自​​身的光反应，它表现出类似“酶”的行为，即使在黑暗中也能起到光催化剂的作用。虽然在黑暗中还原反应速度较慢，但​​在光照射3.5小时后的9天内，NADPH的产率达到了50%。这种在黑暗中的还原反应不是细胞色素b_<562>所特有的，但是当使用锌肌红蛋白作为敏化染料/酶时也观察到。此外，尽管等电点和分子量等蛋白质性质存在很大差异，但只要其他条件相同，它们就表现出几乎相似的光还原和化学还原功能。

项目成果

Taro Yamada, Nao Takano, Tomoyuki Inoue, Tetsuya Osaka, Hiroshi Harada, Katsuhiko Nishiyama, Isao Taniguchi: "C-Si Single Covalent Bonds Fixing CH_3 Groups Prepared by Chemical Reaction of CH_3MgBr and H : Si (111)"Surface Science. (in press).

Taro Yamada、Nao Takano、Tomoyuki Inoue、Tetsuya Osaka、Hiroshi Harada、Katsuhiko Nishiyama、Isao Taniguchi：“通过 CH_3MgBr 和 H : Si (111) 的化学反应制备的固定 CH_3 基团的 C-Si 单共价键”表面科学。

Atsushi Kubo, Katsuhiko Nishiyama, Isao Taniguchi: "Evaluation of pKa for Amine-Terminated Self-assmebled Monolayers by FT-Surface Enhanced Raman Spectroscopy"Asian Conference on Electrochemistry 2002 and The 5^<th> Korea-Japan Joint Seminar on Electroche

Atsushi Kubo、Katsuhiko Nishiyama、Isao Taniguchi：“Evaluation of pKa for Amine-Terminal Self-assembled Monolayers by FT-Surface Enhanced Raman Spectroscopy”亚洲电化学会议2002暨第五届韩日电化学联合研讨会

Taro Yamada, Nao Takano, Tomoyuki Inoue, Tetsuya Osaka, Katsuhiko Nishiyama, Hiroshi Harada, Yosuke Tanaka, Isao Taniguchi: "Organic Ultra Thin Films Covalently Bonded n Si (111) Prepared by Grignard Reaction"Asian Conference on Electrochemistry 2002 and

Taro Yamada、Nao Takano、Tomoyuki Inoue、Tetsuya Osaka、Katsuhiko Nishiyama、Hiroshi Harada、Yosuke Tanaka、Isao Taniguchi：“通过格氏反应制备的有机超薄膜共价键合 n Si (111)”亚洲电化学会议 2002 和

Katushiko Nishiyama, Atsuhi Kubo, Akihiro Ueda, Isao Taniguchi: "Surface pKa of Amine-Terminated Self-assmebled Monolayers Evaluated by Direct Observation of Counter Anion by FT-Surface Enhanced Raman Spectroscopy"Chemistry Letters. 17. 80-81 (2002)

Katushiko Nishiyama、Atsuhi Kubo、Akihiro Ueda、Isao Taniguchi：“通过 FT 表面增强拉曼光谱直接观察反阴离子来评估胺封端自组装单分子层的表面 pKa”化学快报。

Katsuhiko Nishiyama, Yasuhiro Mie, Chiho Yamada, Midori Kishita, Hideyuki Nagai, Isao Taniguchi: "Photoinduced Enzyme Reaction of Reconstituted Myoglobin"、14^<th> International Conference on Photochemical Conversion and Storage of Solar Energy"14^<th> Int

Katsuhiko Nishiyama、Yasuhiro Mie、Chiho Yamada、Midori Kishita、Hideyuki Nagai、Isao Taniguchi：“重构肌红蛋白的光诱导酶反应”，第 14 届太阳能光化学转换与存储国际会议”14 届 Int