蛋白質三次元空間を利用したクラスター構造体の構築と気体分子の活性化

利用三维蛋白质空间构建簇结构并激活气体分子

• 批准号: 12J04188
• 负责人: 田中 裕也
• 金额: $ 0.77万
• 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: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J04188/
• 关键词: タンパク質結晶; クラスター; 発光錯体; 金錯体

本研究課題では、三次元的に制御された蛋白質空間を精密クラスター錯体反応場と見なし、蛋白質細孔内で形成する特異なクラスター構造体の構築とその機能開発および気体分子の反応を目指した。初年度は蛋白質空間でのクラスター形成およびその物性制御を行った。蛋白質として、リゾチームとフェリチンを選択し、クラスター構成成分としては、発光性の金(I)錯体を選択した。グルタルアルデヒドにより架橋安定化したリゾチーム結晶にリン配位子を有する金(I)錯体溶液を浸漬、洗浄することで、金・リゾチーム複合体を得た。この複合体は各原料とは異なる発光スペクトルを示し、金錯体がリゾチーム内のアミノ酸残基と相互作用している事が示唆される。蛍光X線分析の結果、金錯体が細孔内へ導入されていることを確認した。この金・リゾチーム複合体に銅(I)錯体溶液を浸漬したところ、複合体の発光波長が大きく長波長シフトした。このような長波長の発光は銅錯体のみの浸漬では観測されない事から、金と銅の異種金属クラスターが形成されていると考えられる。この金・銅クラスターの発光波長は、金属錯体を浸漬する際に使用する溶媒に依存し、溶媒を使い分ける事で400-550nmの発光波長が自在に制御できる。またリゾチーム結晶は結晶化条件により、多彩な結晶系(正方晶系、斜方晶系)を示し、各結晶系で様々な細孔を形成することが知られている。各結晶系で異種金属クラスター形成を試みたところ、異なる発光変化が観察されたことから、細孔径の形、大きさにより細孔依存的なクラスター構造が形成したと考えられる。一方、フェリチンを用いた、金属クラスター錯体の形成も試みた。野生型フェリチンとの反応では、金錯体がシステイン選択的に配位することが、X線結晶構造解析の結果から明らかとなった。そこで、種々のシステイン変異体を用いて、金錯体の導入を行ったところ、変異位置に応じた様々な金クラスター集合体が形成した。これら金・フェリチン複合体は、そのクラスター構造に対応した発光を示した。以上の事から、蛋白質結晶空間が、金属クラスター錯体形成およびその電子構造制御に有効である事が明らかとなった。

在本研究主题中，我们将三维控制的蛋白质空间视为精确的聚类复合物反应场，旨在构建在蛋白质孔内形成的独特簇结构，发展其功能并与气体分子反应。在第一年，控制蛋白质空间中的簇形成和物理特性。选择溶菌酶和铁蛋白作为蛋白质，并选择发光黄金（I）络合物作为簇成分。将含有磷配体的金（I）复合溶液浸入溶液中，并洗涤在已用戊二醛交联稳定的溶菌酶晶体中，以获得金糖酶复合物。该络合物表现出与各个来源不同的发射光谱，这表明黄金复合物与溶菌酶内的氨基酸残基相互作用。 X射线荧光分析证实了将金配合物引入孔中。当将铜（I）复合溶液浸入该金蛋白酶复合物中时，该复合物的发射波长显着转移到了长波长。由于仅当仅浸入铜复合物时就不会观察到如此长的波长发射，因此人们认为形成了不同的金和铜的金属簇。金/铜簇的发射波长取决于浸入金属络合物时所使用的溶剂，并且通过使用不同的溶剂，可以自由控制400-550 nm的发射波长。此外，根据结晶条件，溶菌酶晶体表现出各种晶体系统（四方和正骨），并且已知在每个晶体系统中形成各种孔。当尝试在每个晶体系统中形成不同的金属簇时，观察到不同的发光变化，并认为孔依赖孔的簇结构取决于孔径的形状和大小。另一方面，我们还尝试使用铁蛋白形成金属簇络合物。 X射线晶体结构分析表明，金复合物与野生型铁蛋白反应的半胱氨酸坐标。因此，使用各种半胱氨酸突变体引入金络合物，并根据突变位置形成各种金簇组件。这些金铁蛋白复合物表现出与其簇结构相对应的发光。从上面可以揭示出蛋白质晶体空间有效地形成金属簇复合物和控制其电子结构。

项目成果

タンパク質結晶空間における金属クラスター構造体の構築

蛋白质晶体空间金属簇结构的构建

• 发表时间: 2012
• 作者: Yuya Morimoto;Reika Kanya;Kaoru Yamanouchi;森本裕也,歸家令果,山内薫;田中裕也・安部聡・日影達夫・上野隆史;田中裕也・赤井祐貴・田部博康・安部聡・北川進・上野隆史
• 通讯作者: 田中裕也・赤井祐貴・田部博康・安部聡・北川進・上野隆史

球状タンパク質を足場とする有機金属クラスター錯体の形成と発光機能制御

使用球状蛋白作为支架形成有机金属簇复合物并控制发光功能

• 发表时间: 2013
• 作者: Yuya Morimoto;Reika Kanya;Kaoru Yamanouchi;森本裕也,歸家令果,山内薫;田中裕也・安部聡・日影達夫・上野隆史
• 通讯作者: 田中裕也・安部聡・日影達夫・上野隆史

Metal cluster formations and their functions in the assembled protein cavity

金属簇的形成及其在组装蛋白质空腔中的功能

• 发表时间: 2012
• 作者: Yuya Tanaka;Satoshi Abe;Takafumi Ueno
• 通讯作者: Takafumi Ueno