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有機化学的手法による新規人工ヘムの合成および高活性ヘム酵素の開発

Research Project

Project/Area Number 20J11437
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 37010:Bio-related chemistry
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

瀧口 あさひ  名古屋大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2020-04-24 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywordsヘテロポルフィリン / カチオン性分子 / 再構成ヘムタンパク質 / ビリンジオン / オキサポルフィリン / カチオン性ポルフィリン
Outline of Research at the Start

ヘムタンパク質は、生命活動に不可欠な役割を担っている。近年、ヘムタンパク質の内部にあるヘム、という分子の性質を人工的に変えることでヘムタンパク質の機能を向上させる、再構成ヘムタンパク質の研究が行われている。
そこで、人工ヘムとしてヘテロ原子含有ポルフィリンを用いることが最適であると考えた。ヘテロポルフィリンはヘムと同じ骨格でありながら、大きく異なる電子的性質を示すためである。しかし、合成の困難さから、ヘテロポルフィリンを用いた再構成ヘムタンパク質の研究は遅れている。
本研究では、ヘテロポルフィリンの簡易合成法の開発を行い、ヘムタンパク質にこれを挿入することで、天然を上回る酵素活性の発現を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

オキサポルフィリニウムカチオンに種々の金属塩を作用させることで、対応する金属錯体を良好な収率で得ることができた。その中からコバルト錯体をヘム獲得タンパク質(HasA)に取り込ませることに成功した。このタンパク質複合体は、緑膿菌の増殖阻害効果を示した。オキサポルフィリニウムカチオンによる阻害活性は、通常の中性コバルトポルフィリンよりも高く、その理由が正電荷による中心金属のLewis酸性の向上に起因していた。
次に、オキサポルフィリンがπ平面に非局在化した正電荷を有することに着目し、πアニオンと集積させることでπ電子系イオン集積体の作成を試みた。PCCpという平面型アニオンと混ぜることで、新たなπ電子系イオン集積体を合成した。理論計算から、この集積体の分子間相互作用には、静電相互作用だけでなく分散力が重要であることを明らかにした。
また、硫黄をポルフィリン骨格に挿入したチアポルフィリニウムカチオンを合成した。この化合物は一重項励起状態から内部転換で失活することが、分光学的測定と理論計算から明らかになった。この内部転換は、硫黄原子がポルフィリン平面の外に動く振動モードに起因することを明らかにした。
さらに、窒素原子を組み込んだアザポルフィリニウムカチオンの合成と物性評価を行った。この化合物は窒素上のフェニル基とβ位のエチル基の立体反発により、内部窒素の空孔が長方形に歪んでいた。温度可変NMR測定から2つの内部水素の活性化エネルギーを見積もると、オキサポルフィリニウムカチオンや一般的なポルフィリンよりも大きいことが判明した。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2022 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 5 results) Presentation (2 results)

  • [Int'l Joint Research] Yonsei University(韓国)

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] Yonsei University(韓国)

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Journal Article] A Heme‐Acquisition Protein Reconstructed with a Cobalt 5‐Oxaporphyrinium Cation and Its Growth‐Inhibition Activity Toward Multidrug‐Resistant Pseudomonas aeruginosa2022

    • Author(s)
      Takiguchi Asahi、Sakakibara Erika、Sugimoto Hiroshi、Shoji Osami、Shinokubo Hiroshi
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 61 Issue: 7 Pages: 202112456-202112456

    • DOI

      10.1002/anie.202112456

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Diverse Crystal Structures of Ion Pairs Consisting of Oxaporphyrinium Cations and Pentacyanocyclopentadienide2022

    • Author(s)
      Takiguchi Asahi、Tanaka Hiroki、Maeda Hiromitsu、Shinokubo Hiroshi
    • Journal Title

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      Volume: 95 Issue: 5 Pages: 796-801

    • DOI

      10.1246/bcsj.20220026

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 5-Thiaporphyrinium Cation: Effect of Sulphur Incorporation on Excited State Dynamics2022

    • Author(s)
      Takiguchi Aashi、Inai Naoto、Kang Seongsoo、Hagai Masaya、Lee Seokwon、Yanai Takeshi、Kim Dongho、Shinokubo Hiroshi
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 58 Issue: 40 Pages: 5956-5959

    • DOI

      10.1039/d2cc00522k

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Synthesis and Tautomerization of 5-Azaporphyrinium Cations2022

    • Author(s)
      Takiguchi Asahi、Shinokubo Hiroshi
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 51 Issue: 6 Pages: 590-593

    • DOI

      10.1246/cl.220122

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Dual Emission of a Free‐Base 5‐Oxaporphyrinium Cation from its cis‐ and trans‐NH Tautomers2020

    • Author(s)
      Takiguchi Asahi、Kang Seongsoo、Fukui Norihito、Kim Dongho、Shinokubo Hiroshi
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 60 Issue: 6 Pages: 2915-2919

    • DOI

      10.1002/anie.202013542

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] オキサポルフィリニウムカチオンの構造・物性と生物活性2021

    • Author(s)
      瀧口 あさひ、榊原 えりか、杉本 宏、荘司 長三、忍久保 洋
    • Organizer
      第31回基礎有機化学討論会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ビリンジオンの簡易合成法と5-オキサポルフィリニウムカチオンの光学特性2021

    • Author(s)
      瀧口あさひ、Seongsoo Kan、福井識人、Dongho Kim、忍久保洋
    • Organizer
      日本化学会 第101春季年会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

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Published: 2020-07-07   Modified: 2024-03-26  

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