非天然金属クラスターをコアに有するタンパク質の創製と水中における触媒機能探索

以非天然金属簇为核心的蛋白质的创建以及水中催化功能的探索

• 批准号: 10J00580
• 负责人: 佐野 洋平
• 金额: $ 0.9万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J00580/
• 关键词: 生体金属触媒; 還元反応; [FeFe]-ヒドロゲナーゼ; シトクロムc; 鉄カルボニルクラスタ; 光化学的水素発生; メタロチオネイン; 鉄カルボニルクラスター

本研究では、システイン含有タンパク質を用いることで、金属クラスター構造が強固に保持され、水溶液中で反応性をもつ生体金属触媒の構築をめざしている。当該年度においては、高い還元能を有する生体金属触媒の開発をめざし、水素活性化タンパク質である[FeFe]-ヒドロゲナーゼの活性中心と類似した硫黄架橋鉄カルボニルクラスターをもつタンパク質触媒の開発をおこなった。具体的には、電子伝達タンパク質であるシトクロムcが有する二つのシステイン残基を金属錯体の導入部位として、鉄カルボニルクラスター含有タンパク質を構築し、触媒的な光化学的水素発生反応の反応性について調べた。その結果、この人工還元酵素が、光増感剤共存下、常温常圧水中の温和な条件下において、高い水素発生能を有することが分かった(pH4.2,2時間でTON=ca.80)。さらに、シトクロムcが有する二つのシステイン残基に隣接するヒスチジン残基を新たな金属錯体の導入部位として着目し、触媒活性部位および光増感部位を有する人工還元酵素の構築をめざした。具体的には、シトクロムc_<556>のアミノ酸配列の一部を基盤としたペプチド鎖に鉄カルボニルクラスターおよび(2,2'-ビピリジン)(2,2' : 6',2"-ターピリジン)ルテニウム錯体を導入した人工還元酵素を構築し、触媒的な光化学水素発生反応の反応性について調べた。その結果、常温常圧水中の温和な条件下において、触媒的な水素発生反応を示した(pH8.5,2時間でTON=ca.9)。

在这项研究中，我们旨在通过使用含有半胱氨酸的蛋白质在水溶液中具有反应性的生物特征催化剂，该蛋白牢固地保持金属簇结构并具有牢固的弹性。在这个财政年度，为了开发具有高还原能力的生物特征催化剂，我们开发了一种蛋白质催化剂，其硫磺交联的铁羰基簇类似于与氢活化蛋白[FEFE]氢基因酶相似的活性中心。具体而言，使用电子转移蛋白细胞色素C中包含的两个半胱氨酸残基构建了含羰基簇的蛋白，作为金属络合物的引入位点，并研究了催化光化学氢产生反应的反应性。结果，发现该人造还原酶在正常温度和正常压力水中在光敏剂存在下（pH 4.2和2小时时Ton = Ca.80）在轻度条件下具有高氢产生能力。此外，与Cytochrome C中包含的两个半胱氨酸残基相邻的组氨酸残基被集中在引入新金属复合物的位置，其目的是构建具有催化活性位点和光吸光位点的人造还原酶。具体而言，构建了人造还原酶，其中将铁羰基簇和（2,2'-二吡啶）（2,2'：6'--替吡丁）晶体复合物引入肽链中，基于细胞色素c_ <556>的氨基酸序列的一部分，并调查了猫猫的反应性光学摄氏。结果，在正常温度和压力水中，在轻度条件下证明了催化氢的反应（pH 8.5，吨= 2小时时Ca.9）。

项目成果

シトクロムcを用いた鉄ヒドロゲナーゼ活性中心モデルの構築

利用细胞色素c构建铁氢化酶活性中心模型

• 发表时间: 2011
• 作者: Y.Sano;A.Onoda;R.Sakurai;H.Kitagishi;T.Hayashi;佐野洋平・小野田晃・林高史
• 通讯作者: 佐野洋平・小野田晃・林高史

鉄ヒドロゲナーゼシステムを指向した人工金属酵素の調整および分子間・分子内電子移動を利用した可視光駆動型水素発生反応

利用人工金属酶制剂和分子间/分子内电子向铁氢化酶系统转移的可见光驱动氢发生反应

• 发表时间: 2011
• 作者: Y.Sano;A.Onoda;R.Sakurai;H.Kitagishi;T.Hayashi;佐野洋平・小野田晃・林高史;堀哲郎;佐野洋平・小野田晃・林高史
• 通讯作者: 佐野洋平・小野田晃・林高史

ヒドロゲナーゼモデルシステムをめざした鉄カルボニルクラスター含有タンパク質の調整および光化学水素発生反応の検討

含铁羰基簇蛋白的制备及氢化酶模型体系光化学产氢反应的研究

• 发表时间: 2011
• 作者: Y.Sano;A.Onoda;R.Sakurai;H.Kitagishi;T.Hayashi;佐野洋平・小野田晃・林高史;堀哲郎;佐野洋平・小野田晃・林高史;Tetsuro Hori;佐野洋平・小野田晃・林高史
• 通讯作者: 佐野洋平・小野田晃・林高史

Preparation and Reactivity of a Tetranuclear Fe(II) Core in the Metallothionein α-Domain

金属硫蛋白 α 结构域四核 Fe(II) 核的制备及其反应活性

• DOI: 10.1016/j.jinorgbio.2011.01.011
• 发表时间: 2011
• 期刊: J. Inorg. Biochem.
• 作者: Nonaka;Kyoshiro;Yohei Sano
• 通讯作者: Yohei Sano

ヒドロゲナーゼモデルを指向した鉄カルボニルクラスター含有タンパク質の調製と水中における水素発生反応の触媒機能評価

氢化酶模型含铁羰基簇蛋白的制备及水中产氢反应的催化功能评价

• 发表时间: 2011
• 作者: Y.Sano;A.Onoda;R.Sakurai;H.Kitagishi;T.Hayashi;佐野洋平・小野田晃・林高史;堀哲郎;佐野洋平・小野田晃・林高史;Tetsuro Hori;佐野洋平・小野田晃・林高史;Masanori Ozaki(共著);佐野洋平・小野田晃・林高史
• 通讯作者: 佐野洋平・小野田晃・林高史