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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

研究課題

研究課題/領域番号 20J11437
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分37010:生体関連化学
研究機関名古屋大学

研究代表者

瀧口 あさひ  名古屋大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2021年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2020年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワード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
研究開始時の研究の概要

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。

研究実績の概要

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。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件) 学会発表 (2件)

  • [国際共同研究] Yonsei University(韓国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] Yonsei University(韓国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] A Heme‐Acquisition Protein Reconstructed with a Cobalt 5‐Oxaporphyrinium Cation and Its Growth‐Inhibition Activity Toward Multidrug‐Resistant Pseudomonas aeruginosa2022

    • 著者名/発表者名
      Takiguchi Asahi、Sakakibara Erika、Sugimoto Hiroshi、Shoji Osami、Shinokubo Hiroshi
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 61 号: 7 ページ: 202112456-202112456

    • DOI

      10.1002/anie.202112456

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Diverse Crystal Structures of Ion Pairs Consisting of Oxaporphyrinium Cations and Pentacyanocyclopentadienide2022

    • 著者名/発表者名
      Takiguchi Asahi、Tanaka Hiroki、Maeda Hiromitsu、Shinokubo Hiroshi
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      巻: 95 号: 5 ページ: 796-801

    • DOI

      10.1246/bcsj.20220026

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 5-Thiaporphyrinium Cation: Effect of Sulphur Incorporation on Excited State Dynamics2022

    • 著者名/発表者名
      Takiguchi Aashi、Inai Naoto、Kang Seongsoo、Hagai Masaya、Lee Seokwon、Yanai Takeshi、Kim Dongho、Shinokubo Hiroshi
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 58 号: 40 ページ: 5956-5959

    • DOI

      10.1039/d2cc00522k

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Synthesis and Tautomerization of 5-Azaporphyrinium Cations2022

    • 著者名/発表者名
      Takiguchi Asahi、Shinokubo Hiroshi
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 51 号: 6 ページ: 590-593

    • DOI

      10.1246/cl.220122

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dual Emission of a Free‐Base 5‐Oxaporphyrinium Cation from its cis‐ and trans‐NH Tautomers2020

    • 著者名/発表者名
      Takiguchi Asahi、Kang Seongsoo、Fukui Norihito、Kim Dongho、Shinokubo Hiroshi
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 60 号: 6 ページ: 2915-2919

    • DOI

      10.1002/anie.202013542

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      瀧口 あさひ、榊原 えりか、杉本 宏、荘司 長三、忍久保 洋
    • 学会等名
      第31回基礎有機化学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      瀧口あさひ、Seongsoo Kan、福井識人、Dongho Kim、忍久保洋
    • 学会等名
      日本化学会 第101春季年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2020-07-07   更新日: 2024-03-26  

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