金属タンパク質の電子移動制御のための機能電極界面の原子・分子レベルでの解明

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08455399
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 谷口 功 熊本大学, 工学部, 教授 (90112391)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山口 博子 熊本大学, 大学院櫟然科学研究科, 助手 (60040424) ; 西山 勝彦 熊本大学, 工学部, 講師 (10202243)
• Keywords: 単結晶電極 / 単分子膜 / チオール / 真空蒸着 / STM / AFM / 電子移動 / シトクロムc / 再構成ミオグロビン

Research Abstract

真空蒸着法およびフレームアニーリング法で作製した金単結晶面を用いて金属タンパク質の電気化学反応について下記の成果を得た。
1) シトクロムcの電極反応制御機能界面の原子・分子レベルでの解明:
シトクロムcの電極反応を促進するビス(4-ピリジル)ジスルフィド(4,4'-PySSPy)あるいは4-ピリジンチオール(4-PySH)で修飾した金単結晶面とその機能を持たないビス(2-ピリジル)ジスルフィド(2,2'-PySSPy)や2-ピリジンチオール(2-PySH)で修飾電極表面の構造を高解像度のSTM測定や表面赤外分光測定から分子レベルで解明した。2-PySHは電極表面にチオレートS原子とピリジンN原子の2点で吸着しており、その表面はジフェニルジスルフィド(PhSSPh)やベンゼンチオール(PhSH)修飾電極表面と類似の構造になっている。
2) チオール系表面修飾剤の単結晶表面での吸着挙動の解明:
金(111)面上では、修飾剤中に約1%程度の極微量存在する硫化物イオンの存在によって、4-PySH修飾電極表面が極めて複雑になるが、アルカリ溶液中から修飾させる方法や電位制御下で修飾する方法でこの種の複雑さを回避できることを明らかにした。これは、4-PySHの配向構造体が電極表面に形成される速度に由来することを時間分解表面赤外分光測定から示した。
3) 酸化インジウム電極を用いた半人工改変ミオグロビンの電子移動反応:
親水性の機能化酸化インジウム電極を用いてミオグロビンおよびその改変体の電子移動反応および生物電気化学的な性質を明らかにした。電気化学法を用いて電子移動反応速度を平衡電位で測定した結果から、電子移動反応速度は、中心金属の種類、ヘム部位の軸配位子、電子移動反応前後での中心金属イオンの移動の程度などが大きな影響を及ぼすことが明らかになった。

Research Products

• [Publications] Fushinuki,Yoshito: "Determination of Methylamphetamine in Urine by Differential Pulse Polarography" Anal.Sci.,. 14(4). 147-150 (1998)
• [Publications] Sawaguchi,Takahiro: "Direct Observation of 4-Mercaptopyridine and Bis(4-pyridyl)disulfide Monolayers on Au(111)in Perchloric Acid Solution Using in situ Scanning Tunneling Microscopy" Langmuir. 14. 3565-3569 (1998)
• [Publications] MIE,Yasuhiro: " Electrochemisty of myoglobins reconstituted with azahemes and mesohemes" Bioelectrochem.Bioenerg.,. 42(2). 175-184 (1998)
• [Publications] TANIGUCHI,Isao: "Electrochemical and spectroelectrochemical properties of manganese reconstituted myoglobin" J.Electroanal.Chem.,. 460(1/2). 245-250 (1999)
• [Publications] NISHIYAMA,Katsuhiko: "Reductive Degradation of a [2Fe-2S] Cluster of Chlorella Ferredoxin Studied by Circular Dichroism Spectroscopy" Chem.Lett.,. 155-156 (1999)
• [Publications] TANIGUCHI,Isao: "Electroanalytical chemistry of myoglobin with modification of distal histidine by cyanated imidazole" J.Electroanal.Chem.,. (in press). (1999)
• [Publications] SAWAGUCHI,Takahiro: "Voltammetric and In Situ STM Studies on self-Assembled Monolayers of 4- and 2-Mercaptopyridines and Thiophenol on Au(111) Electrodes" Electrochim.Acta,. (in press). (1999)
• [Publications] UEMURA,Shinobu: "Insitu STM visualization of Fullerlene Epitaxial Adlayers on Au(111)Surfaces Prepared by the Transfer of Langmuir Films" Chem.Lett.,. (in press). (1999)
• [Publications] YOSHIMOTO,Soichiro: "Electrochemical study on competitive adsorption of pyridinethiol with sulfide onto Au(111)surfaces" J.Electroanal.Chem.,. (in press). (1999)
• [Publications] TANIGUCHI,Isao: "Simple methods for preparation of a well-defined 4-pyridinethiol modified surface on Au(111) electrodes for cytochrome c electrochemisty" Electrochim.Acta,. (in press). (1999)
• [Publications] AZEHARA,Hiroaki: "Investigation of structure of self-assembled monolayers of asymmetrical disulfides on Au(111) e;ectrodes by electrochemical desorption" J.Electroanal.Chem.,. (in press). (1999)
• [Publications] NISHIYAMA,Katsuhiko: "Photochemical reduction of NADP + by Zinc Protoporphyrin Reconstitued Myoglobin as a Simple Model of Photosystem I" Chem.Lett.,. (in press). (1999)
• [Publications] HAWKRIDGE,Fred M: "“Electrochemistry of Heme Proteins",Prophyrines,ed.by K.Kadish," Academic Press,New York(in press), (1999)
• [Publications] 谷口,功: "「生体分子機能電極界面の構築とセンシング-生物電気化学の新しい展開-」第11回分析化学フォーラム-極微分析法の最前線-資料" 日本分析化学会, 42-51 (1999)