水素結合を駆使したペプチド結晶の構造と電子物性の制御

利用氢键控制肽晶体的结构和电子特性

• 批准号: 22KJ1321
• 负责人: 茂田井 和紀
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1321/
• 关键词: ペプチド; 結晶; 金属イオン; エレクトロニクス

ペプチドは水溶液中で自己組織化し多種多様なナノ構造を形成する。そのナノ構造を利用した新しいエレクトロニクス材料への研究がこれまでなされてきた。しかし、ペプチドがもつその電気伝導特性の低さが、実際の応用を妨げる課題となっていた。本研究ではペプチドの結晶構造中に金属イオンをドーピングすることによって、電気伝導特性を付与し新しいエレクトロニクス材料への応用の可能性を切り拓く事を目的とする。いかにその研究結果の概要を示す。1.テトラペプチドの分子設計:世界的に取り組まれているジフェニルアラニンの配列にグルタミン酸を加えたテトラペプチドを独自に設計し、メリフィールド固相合成による合成を行った。2.テトラペプチドの結晶化:得られたペプチドの蒸気拡散法による結晶化を行った。蒸気拡散法を行うにあたって、飽和食塩水濃度やペプチド濃度などの結晶化パラメーターを調整することによって、結晶化条件の最適化を行い安定に結晶を得られる条件を見つけた。3.結晶構造解析：放射光を用いた単結晶構造解析により単結晶構造を得た。その結果、ペプチドがアンチパラレルのβシート構造を持ち、βシート方向から見た際に一次元的な孔をもつことを発見した。4.金属イオンのドーピング：得られた結晶に金属イオンのドーピングを行い、カーボンペーストを用いた二極測定によりその電気伝導特性を調べた。その結果、得られたペプチドの電気伝導特性を100倍以上向上させることに成功した。

肽在水溶液中自组装以形成多种纳米结构。到目前为止，已经对使用这些纳米结构进行了对新电子材料进行研究。但是，肽的低电导率特性已成为阻碍实际应用的问题。这项研究旨在通过将金属离子掺入肽的晶体结构，并为应用于新电子材料的应用提供可能性，从而提供电导率。我们概述了研究结果。 1。四肽的分子设计：我们已经设计了自己的四肽，其中包括谷氨酸，将其设计为全球二苯甲酰氨酸序列，并通过Merrifield固相合成而合成。 2。四肽的结晶：通过蒸气扩散来结晶所得的肽。执行蒸气扩散法时，通过调节结晶参数（例如饱和盐水浓度和肽浓度）来优化结晶条件，以找到稳定结晶的条件。 3。晶体结构分析：通过使用同步加速器辐射通过单晶结构分析获得单晶结构。结果，发现肽具有抗平行的β-折叠结构，从β-折叠方向看时具有一维孔。 4。金属离子掺杂：将所得晶体用金属离子掺杂，并通过使用碳糊的双极测量检查其电导率特性。结果，获得的肽的电导率已提高了100倍以上。

项目成果

Bifurcated Hydrogen Bonds in a Peptide Crystal Unveiled by X-ray Diffraction and Polarized Raman Spectroscopy

• DOI: 10.1021/acs.cgd.3c00302
• 发表时间: 2023-05-10
• 期刊: CRYSTAL GROWTH & DESIGN
• 影响因子: 3.8
• 作者: Motai, Kazunori;Koishihara, Nao;Hayamizu, Yuhei
• 通讯作者: Hayamizu, Yuhei

Hydrogen bond network in a tetrapeptide crystal characterized by X-ray diffraction and Raman spectroscopy

通过 X 射线衍射和拉曼光谱表征四肽晶体中的氢键网络

• 发表时间: 2022
• 作者: Motai Kazunori;Koishihara Nao;Narimatsu Takuma;Ohtsu Hiroyoshi;Kawano Masaki;Wada Yuki;Akisawa Kazuki;Okuwaki Koji;Mori Takehiko;Kim Ji-Seon;Mochizuki Yuji;Hayamizu Yuhei;茂田井和紀;茂田井和紀
• 通讯作者: 茂田井和紀

テトラペプチドの結晶の配列の順番が与える結晶構造への影響と自己組織化過程の理解

了解四肽晶体排列顺序对晶体结构和自组装过程的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Motai Kazunori;Koishihara Nao;Narimatsu Takuma;Ohtsu Hiroyoshi;Kawano Masaki;Wada Yuki;Akisawa Kazuki;Okuwaki Koji;Mori Takehiko;Kim Ji-Seon;Mochizuki Yuji;Hayamizu Yuhei;茂田井和紀
• 通讯作者: 茂田井和紀