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生体エネルギー変換反応の要となる感応性化学種の分光学的研究

公募研究

研究領域感応性化学種が拓く新物質科学
研究課題/領域番号 25109535
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関兵庫県立大学 (2014)
九州大学 (2013)

研究代表者

太田 雄大  兵庫県立大学, 生命理学研究科, 助教 (70509950)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
2014年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2013年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
キーワード小分子活性化 / 金属酵素 / 生体模倣触媒 / 共鳴ラマン分光 / 核共鳴非弾性散乱分光 / 電気化学 / エネルギー変換化学
研究実績の概要

本研究課題は、生体エネルギー変換反応機構について理解を深めるべく、金属酵素および生体模倣触媒の小分子活性化における反応中間体の分子構造解析を行い、構造-反応性相関について洞察を得る事を目的とした。振動分光法(共鳴ラマン分光および核共鳴非弾性散乱分光)により、酸素活性化に関わる各種金属酵素モデル錯体において生成する反応中間体の分子構造の研究を行った。さらに電気化学的反応下における触媒反応機構について知見を得るべく、低温溶液中電気化学的条件下にて吸収スペクトルおよび共鳴ラマンスペクトルの同時測定を可能にする電気化学ラマン分光セルを開発した。本装置を用いて、高酸化状態および低還元状態の化学種を低温有機溶媒中電気化学的に発生させて、共鳴ラマン分光解析を行った。高酸化状態および低還元状態の化学種は金属酵素によって媒介される物質変換およびエネルギー変換反応の要となる反応中間体化学種であり、今後様々な反応系に適用して分子機構の理解に役立てられる事を示した。
また、酸素活性化ヘム酵素を規範として合理的に分子設計した分子触媒の酸素還元反応機構について検討するため、各種分子モデルを用いて酸素活性化に含まれる反応中間体の分子構造解析および振動解析により熱力学的諸量を求め、重要な反応段階の酸化還元電位および各種化学種のpKaについて解析を行った。本解析により生体ヘムの酸素活性化反応における軸配位子、水素結合およびプロトン伝達の機能について洞察を深め、効率的な分子触媒の開発に必要な分子設計指針を得た。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2016 2015 2014 2013

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Nitric Oxide Activation by caa3 Oxidoreductase from Thermus thermophiles2015

    • 著者名/発表者名
      T. Ohta, T. Soulimane, T. Kitagawa, C. Varotsis
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 17 号: 16 ページ: 10894-10898

    • DOI

      10.1039/c5cp01013f

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 核共鳴非弾性散乱分光法による鉄含有生体分子の振動構造解析2014

    • 著者名/発表者名
      T. Ohta and M. Seto
    • 雑誌名

      日本結晶学会誌

      巻: 56 号: 5 ページ: 329-335

    • DOI

      10.5940/jcrsj.56.329

    • NAID

      130004714204

    • ISSN
      0369-4585, 1884-5576
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Isolation of a MnIV Acylperoxo Complex and Its Monooxidation Ability2013

    • 著者名/発表者名
      Kikunaga, Takahiro; Matsumoto, Takahiro; Ohta, Takehiro; Nakai, Hidetaka; Naruta, Yoshinori; Ahn, Kwang-Hyun; Watanabe, Yoshihito; Ogo, Seiji
    • 雑誌名

      Chem. Commun.

      巻: 49(75) 号: 75 ページ: 8356-8358

    • DOI

      10.1039/c3cc43447h

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The protein effect in the structure of two ferryl-oxo intermediates at the same oxidation level in the heme copper binuclear center of cytochrome c oxidase2013

    • 著者名/発表者名
      E. Pinakoulaki, V. Daskalakis, T. Ohta, O.-M. H. Richter, K. Budiman, T. Kitagawa, B. Ludwig, C. Varotsis
    • 雑誌名

      J. Biol. Chem.

      巻: 288 号: 28 ページ: 20261-20266

    • DOI

      10.1074/jbc.m113.468488

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nuclear Resonance Vibrational Spectroscopic and Computational Study of High-valent Diiron Complexes Relevant to Enzyme Intermediates2013

    • 著者名/発表者名
      K. Park, C. B. Bell III, L. V. Liu, D. Wang, G. Xue, T. Kwak, S. D. Wong, K. M. Light, J. Zhao, E. E. Alp, Y. Yoda, M. Saito, Y. Kobayashi, T. Ohta, M. Seto, L. Que Jr, E. I. Solomon
    • 雑誌名

      Proc. Natl. Acad. Sci. USA

      巻: 110 号: 16 ページ: 6275-6280

    • DOI

      10.1073/pnas.1304238110

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] To be Announced2016

    • 著者名/発表者名
      T. Ohta
    • 学会等名
      The 9th International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines
    • 発表場所
      Nanjing, China
    • 年月日
      2016-07-03 – 2016-07-08
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Reactivity and Spectroscopic Studies of Oxygen Reduction Reaction of Bio-Inspired Molecular Catalysts2015

    • 著者名/発表者名
      T. Ohta
    • 学会等名
      The 227th Electrochemical Society Meeting
    • 発表場所
      Chicago, Illinois, USA
    • 年月日
      2015-05-24 – 2015-05-28
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Structure-reactivity Correlation in Oxygen-activating Heme Models2014

    • 著者名/発表者名
      T. Ohta
    • 学会等名
      The 8th International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines
    • 発表場所
      Istanbul Lutfi Kirdar Convention & Exhibition Centre, Turkey
    • 年月日
      2014-06-22 – 2014-06-27
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] マルチ銅酸化酵素を規範とした新規多核銅錯体の合成と反応性2014

    • 著者名/発表者名
      太田雄大・成田吉徳
    • 学会等名
      日本化学会第94春季年会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Structure-reactivity correlations in O2 activating heme models2014

    • 著者名/発表者名
      T. Ohta
    • 学会等名
      The 8th International Conference on Porphyrin and Phthalocyanines
    • 発表場所
      Istanbul, Turkey
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] マルチ銅酸化酵素を規範とした新規多核銅錯体の合成と反応性2013

    • 著者名/発表者名
      太田雄大・成田吉徳
    • 学会等名
      錯体化学会第63回討論会
    • 発表場所
      琉球大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書

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公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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