2017 Fiscal Year Annual Research Report
Artificial Enzymes base on Metalated Peptides
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17H03056
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
高谷 光 京都大学, 化学研究所, 准教授 (50304035)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | アミノ酸 / ペプチド / 人工酵素 / 鉄触媒 / 木質バイオマス / リグニン / ファージディスプレイ / 酸化反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
金属錯体が結合したメタル化アミノ酸・ペプチドを用いて，単一の錯体では実現不可能な高次触媒機能，分子認識能，物質輸送能を有する人工酵素の創出を目的とした研究を行った。平成２９年度の研究として，以下の３点に注力した研究を行った。１）触媒機能を有するメタル化アミノ酸として，鉄錯体結合型のアミノ酸の開発。また，これらの連結によって多数の鉄触媒が結合したペプチドを得るための高効率なメタル化ペプチド合成法の開発。２）上記鉄錯体触媒および高機能性酸化触媒と，基質認識ペプチドとメタル化アミノ酸・ペプチドを連結した人工酵素を開発する。３）合成した鉄錯体，メタル化アミノ酸，ペプチドを用いて，木質バイオマスである，リグニンおよびセルロースの精密酸化分解について詳細な検討。これら研究の結果，スルフォニルアミド基を配位部位として有する新しい鉄錯体触媒の開発に成功し，過酸化水素を酸化剤とする木粉，リグニン，セルロースの酸化分解反応に成功した。また，リグニン認識能を有するペプチドを結合したルテニウム触媒の開発に成功し，これらを用いたリグニンおよび木粉の過酸化水素分解反応に成功し，マイクロ波照射が分解反応を加速することを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
触媒機能を有するメタル化アミノ酸の合成については，アミノ酸に結合可能な鉄錯体の開発に成功し，現在これらのアミノ酸への結合方法について検討中である。また，開発した鉄錯体触媒がリグニンやセルロースに対して高い酸化触媒活性を示すことを見出し，これら結果をもって京都大学から「金属イミド錯体及びこれを用いた基質変換方法」として特許申請を行った。これら触媒およびメタル化アミノ酸とのリグニン認識ペプチドを結合した人工酵素の開発については，新たに合成した５残基のリグニン認識ペプチドとメタル化アミノ酸の結合に取組んでおり，鉄錯体触媒との縮合による合成に成功した。また，これら錯体，メタル化アミノ酸，ペプチドを用いた木質バイオマスの分解については，木粉，リグニン，セルロースについて，上記触媒を用いて過酸化水素の存在下に分解反応を行ったところ，生成物として，リグニン由来の芳香族化合物，セルロース由来のグルコース誘導体および分解物等が得られることを見出した。以上の結果から，当初目標と照らし合わせて概ね順調に研究が進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成３０年度には，下記の計画に従い研究を進める。１）共有結合型環状メタル化ペプチドおよびメタル化ペプチドチューブ合成：平成29年度に合成したメタル化ペプチドを用いて環状ペプチドを合成する。また，自己組織化による環状メタル化ペプチドおよびβ-シートチューブ合成を行う。具体的にはN-/C-両末端に配位部位（L）を有するメタル化ノルバリンペプチドを合成し，これらの金属への配位を駆動力とする自己組織化によって環状ペプチドを合成し，続いて環状ペプチドのさらなる自己組織化によるチューブ状β-シート超分子合成を目指す．本研究では，一義的に特定の配位超分子が生成する条件を探索するために，配位金属の種類，ペプチド鎖長，アミノ酸D-/L-立体配置，反応溶媒と濃度等について網羅的に調べる。尚，予備研究としてN,C-末端にピリジル基を導入した配位性ジペプチドの合成に成功しており，これらがDMF等の有機溶媒中で自己組織化することによって環状ジペプチドを与えることを見出している。２）自己組織化による環状メタル化ペプチドおよびβ-シートチューブ超分子を合成する。メタル化ペプチド超分子の触媒機能探索：申請者らは現在までに，RuおよびPd結合型ノルバリンジペプチド超分子集合体が水中で作用する高効率な触媒として作用することを見出している（CAJ 2016, CL. 2012）。一般にチューブ状ペプチド超分子は水中でミセルと混合する事によってチャンネル膜タンパク類似の物質輸送機能を示すことが知られている。本研究ではチューブ状ペプチド超分子とベシクルやミセル状の超分子触媒システムを構築し，水中での触媒的有機合成について検討を行うと共に，超構造体の内部や表面に形成されるナノ構造や，金属との多点相互作用を活かしたリグニン類の酸化分解反応を開拓する。
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