Creation and functionalization of bio-composite systems using metal-organic polyhedra and enzymes

使用金属有机多面体和酶的生物复合系统的创建和功能化

基本信息

批准号：
22K19052
负责人：
大場正昭
金额：
$ 4.08万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K19052/
关键词：
金属有機多面体多孔性金属錯体酵素生体複合システム

项目摘要

本研究では、イオン性金属有機多面体 (MOP) 分子を「中空スペーサー」として酵素と複合化することで、多孔性配位高分子などの多孔質固体を用いた従来の酵素複合体の抱える合成条件やサイズ制限などの問題を解決する。イオン性 MOP 分子の空間、化学的性質、イオン性相互作用を利用して酵素を安定化し、MOP-酵素複合体を基盤とする高機能な生体複合システムの創製を目指して、次の研究項目(1)-(3)を推進した。(1) MOP と酵素の複合化法の確立、(2)複合体の機能評価、(3) 複合体の構造評価。(1)では、酵素が変性しない水系での温和な条件下の合成を可能にするために、水溶性の MOPの開発を進めた。配位子にスルホニル基またはアミノ基を導入する事で、アニオン性とカチオン性の水溶性Rh(II)MOPの合成に成功した。チトクロームC (CytC) を等電点とは異なるpHでイオン化し、水溶性MOPアニオンを加えることで、MOP-CytC 複合体を合成し、濃度や水溶性MOPの割合を変えて複合化条件を最適化した。BSAと水溶性MOPカチオンを用いた場合も、同様に手法で複合化に成功した。また、対照実験としてPOMなどのイオン性分子とMOPの複合化も検討した。以上より、温和かつ簡便な手法によるMOPと酵素の複合体の合成法を確立できた。(2)では、MOP-CytCの触媒能をABTSアッセイにより評価した結果、複合体がCytC単独の場合の44倍もの触媒能を示す事を見出した。また、この複合体は回収および再利用可能であり、回収した複合体は90%以上の触媒能を維持していた。(3)では、SEM-EDXによる元素分布および各種スペクトルの測定から、複合体の形成を確認した。また、ガス吸着測定により、MOPスペーサーによる細孔構造の形成が示唆された。

在这项研究中，我们用酶合成了一种离子金属有机多面体（MOP）分子作为“空心间隔基”，从而解决了使用多孔配位聚合物等多孔固体的传统酶复合物的合成条件和尺寸限制。我们的目标是利用离子MOP分子的空间、化学性质和离子相互作用来稳定酶，并基于MOP-酶复合物1)-(3)创建高功能的生物复合物系统。 (1)建立MOP与酶的缀合方法，(2)复合物的功能评价，(3)复合物的结构评价。在(1)中，我们继续开发水溶性MOP，以便能够在温和的条件下在不会使酶变性的水系统中进行合成。通过在配体中引入磺酰基或氨基，成功合成了阴离子和阳离子水溶性Rh(II) MOP。通过在与其等电点不同的pH下电离细胞色素C(CytC)并添加水溶性MOP阴离子来合成MOP-CytC复合物，并通过改变水溶性MOP的浓度和比例来优化络合条件。当使用 BSA 和水溶性 MOP 阳离子时，使用类似的方法也成功实现了缀合。此外，作为对照实验，我们还研究了MOP与POM等离子分子的缀合。综上所述，我们能够建立一种使用温和且简单的方法合成MOP和酶复合物的方法。在(2)中，我们通过ABTS测定评估了MOP-CytC的催化能力，发现该复合物的催化能力是单独CytC的44倍。此外，该复合材料可以回收再利用，回收后的复合材料保持了90%以上的催化活性。在(3)中，通过使用SEM-EDX测量元素分布和各种光谱来确认络合物的形成。此外，气体吸附测量表明 MOP 间隔物形成了孔结构。