二次元結晶構造を有するタンパク質膜中の酵素反応とその膜電位の解析

二维晶体结构蛋白质膜中的酶反应和膜电位分析

• 批准号: 05780472
• 负责人: 出村 誠
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Tokyo University of Agriculture and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1993
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1993 至 1994
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05780472/
• 关键词: 絹フィブロン; 膜電位; 配向高分子; タンパク質; 固体NMR; 内部二面体角

研究代表者は、これまでに、タンパク質の二次構造形成能に着目し、このタンパク質膜中に外来の酵素を導入することによって、酵素固定化材料の開発を行ってきた。この方法の特徴は、担体となるタンパク質の自己組織的な水素結合網(二次元結晶)形成能を利用することで、酵素等を従来の方法より安定に包括できることである。これは、タンパク質膜に分子認識能を付与する機能化の一貫であったが、その研究過程で、特殊な酵素反応(刺激)による物質移動によって、そのタンパク質膜が電気化学的な応答(膜電位)を示すことを新たに見いだした。本研究では、上記のような反応と拡散の共役した膜系おける膜電位発生機構を明らかにすることを目的とし、特に、タンパク質の配向構造のキャラクタリゼーションを試みた。酵素固定化機能のある絹フィブロインタンパク質の一軸配向試料を作製し、その^<15>Nおよび^<13>固体NMR測定をした。ここで用いた解析手法は、ペプチド平面のNHまたはNC'結合の配向軸に対する角度とその配向分布が決定できる方法を応用した。その結果、絹フィブロインの結晶性領域と非晶性領域フラクションの決定、各々の領域に含まれるGly,Ala,Ser,Tyr,Valの配向角度、核残基の主鎖内部二面体角(phi、psi)、水分吸着によるペプチド結合の動的な構造変化などを定量的に決定することができた。これらの原子レベルの結晶構造に関する知見は、さらに、電気化学的な特性と相関づけることによって、膜電位発生機構解明へと発展させることが可能と考えられる。

研究人员专注于蛋白质形成二级结构的能力，并通过将外酶引入蛋白质膜中开发了固定材料的酶。该方法的一个特征是，通过利用自组织的氢键网络（二维晶体）形成能力，将用作载体，酶等的蛋白质比常规方法稳定涵盖。这是一个一致的功能化，从而产生了蛋白质膜分子识别能力，但是在研究过程中，我们发现蛋白质膜通过特殊酶反应（刺激）引起的传质表现出电化学反应（膜电位）。这项研究旨在阐明膜系统中膜电位产生的机理，在该膜系统中，反应和扩散是偶联的，特别是尝试了蛋白质方向结构的表征。制备了具有酶固定功能的丝纤维蛋白蛋白的单墨西哥样品，并为其 ^<15> n和 ^<13>固体NMR进行了固体NMR测量。此处使用的分析技术应用了一种方法，该方法允许NH或NC键的角度与肽平面的方向轴及其方向分布。结果，有可能定量确定丝构素的晶体和无定形区域，即在每个区域中包含的Gly，Ala，Ser，Tyr和Val的方向角度，核残基（PHI，PSI）的主二面角，以及由于水adsorption的肽结构变化的内部二面角。人们认为，这些有关原子水平晶体结构的发现可以进一步发展为通过与电化学性质相关的膜势产生的机理。

项目成果

T.Asakura,Y.Yamazaki,K.W.Seng,M.Demura and I.Ando: "Synthesis of 13C-15N Double Labeled Sequence Model Compounds of Bombyx MoriSilk Fibroin and 15N and 13C Solid State NMR" Reports on Progress in Polymer Physics in Japan. 36. 633-636 (1993)

T.Asakura,Y.Yamazaki,K.W.Seng,M.Demura和I.Ando：“Synthesis of 13C-15N Double-Labeled Sequence Modelcompounds of Bombyx MoriSilk Fibroin and 15N and 13C Solid State NMR”报道日本高分子物理进展

T.Asakura,J.-H.Yeo,M.Demura,T.Itoh,T.Fujito,M.Imanari,L.K.Nicholson,and T.A.Cross: "Structural Analysis of Uniaxially Aligned Polymers Using Solid-State 15N NMR" Macromolecules. 26. 6660-6663 (1993)

T.Asakura、J.-H.Yeo、M.Demura、T.Itoh、T.Fujito、M.Imanari、L.K.Nicholson 和 T.A.Cross：“使用固态 15N NMR 进行单轴排列聚合物的结构分析”大分子。

T.Asakura,Y.Hirsishi,K.Nakamura,T.Konakazawa,M.Demura,A.Kurioka,K.Komatsu and H.Nakayama: "Preparation of Regenerated Bombyx mori Silk Fibroin Fiber and Its Application to Biomaterials" Reports on Progress in Polymer Physics in Japan. 36. 637-638 (1993)

T.Asakura、Y.Hirsishi、K.Nakamura、T.Konakazawa、M.Demura、A.Kurioka、K.Komatsu和H.Nakayama：“再生家蚕丝素蛋白纤维的制备及其在生物材料中的应用”进展报告

出村誠、朝倉哲郎: "生体高分子 「高分子材料の機器分析事例集」(印刷中)" 技術情報協会(印刷中), (1994)

Makoto Demura、Tetsuro Asakura：“生物聚合物‘高分子材料的仪器分析实例’（正在印刷中）”技术信息协会（正在印刷中），（1994 年）

呂泰洪、出村誠、小中沢岳仁、朝倉哲郎、伊藤卓郎、藤戸輝昭、今成司: "固体15N NMRによるポリアミド系繊維の構造解析" 高分子論文集. 51. 47-52 (1994)

Yasuhong Lu、Makoto Demura、Takehito Konakazawa、Tetsuro Asakura、Takuro Ito、Teruaki Fujito、Tsukasa Imanari：“通过固态 15N NMR 进行聚酰胺纤维的结构分析”Kobunshi Ronshu 51. 47-52 (1994)。