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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。

In this study, the synthesis conditions of enzyme complexes from porous coordination polymers and porous solids were studied. The aim of this paper is to develop a novel MOP-enzyme complex based on the steric and chemical properties of MOPs and their interaction with enzymes. (1)Establishment of MOP-enzyme complexation method,(2) functional evaluation of complexes,(3) structural evaluation of complexes. (1)The development of water-soluble MOP is possible under mild conditions for enzyme synthesis. The synthesis of water-soluble Rh(II)MOP was successfully carried out. The isoelectric point of MOP-Cyt C (Cyt C) is different from that of pH, the concentration of MOP-Cyt C is different from that of water soluble MOP, and the synthesis conditions of MOP-Cyt C complex are optimized. BSA water soluble MOP is successfully compounded in the same way. The reaction between POM and MOP was studied. The synthesis method of MOP and enzyme complexes based on the above gentle and simple methods has been established. (2)In addition, MOP-Cyt C catalytic activity was evaluated and 44-fold catalytic activity was demonstrated in the case of Cyt C alone. The catalyst energy of the complex is maintained at more than 90%. (3)SEM-EDX is used to determine the distribution of elements and the formation of complexes. The formation of fine pore structure is indicated by the absorption measurement of MOP.