新しい分光電気化学法を用いた金属タンパク質の動的構造変化と機能の解明

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04453082
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 谷口 功 熊本大学, 工学部, 教授 (90112391)
• 研究分担者: 山口 博子 熊本大学, 大学院櫟然科学研究科, 助手 (60040424) ; 木田 建次 熊本大学, 工学部, 助教授 (00195306) ; 西山 勝彦 熊本大学, 工学部, 助手 (10202243)
• キーワード: 分光電気化学法 / 金属タンパク質 / 機能修飾電極 / マイクロ電極集合体モデル / 円偏光二色性 / ラマン分光法 / 合成ポリペプチド / 構造変化

研究概要

本研究では、〓)分光電気化学測定のための光透過性機能電極を開発し、〓)新しい分光電気化学測定法を確立・発展させる、さらに、〓)種々の金属タンパク質についてその微細構造や電子移動過程に伴うタンパク質のダイナミクスをin situに明らかにして、タンパク質の機能を動的構造変化の立場から理解することを目的としている。第二年度の研究成果は次の通りである。
1.)新しい光透過性機能電極として、酸化インジウム電極上にポリペプチドを修飾してフェレドキシンの直接電子移動のための機能電極やミオグロビンのための光透過性酸化インジウム電極を作成し、その界面機能を明らかにした。
2.)開発した光透過性電極を用いて、in situ 可視・紫外、円二色性、磁気円二色性スペクトルおよび電子移動に伴うこれらのシグナルの時間変化の測定が可能な簡易分光電気化学セルを作製した。特に、フェレドキシンのアミノ酸改変分子について円二色性スペクトルに大きな相違のない構造的に類似した分子であるにも関わらず、酸化還元電位が200mV以上も異なる変異分子が存在することが示された。
3.)金属タンパク質の再構成過程のモデルとして銅イオンと合成ポリペプチドの錯体形成反応過程について、ストップドフロー法を用いた円二色性スペクトルのダイナミクス測定を行い、ポリペプチドのヘリックス構造の形成及び破壊過程と金属イオンとの結合過程では後者が少なくとも2ケタ程度遅いことが示された。
4.)機能修飾電極表面を分光電気化学法およびプローブ顕微鏡を用いて評価するとともに、マイクロ電極集合体モデルを用いて電気化学的解析と比較して、電極表面の機能分子の存在状態を評価した。
5.)さらにin situ分光電気化学測定の自動化、高感度化などシステム全体の高性能化を行なっている。

研究成果

• [文献書誌] Taniguchi,Isao: "Direct Electron Transfer of Ferredoxins at Indium Oxide Electrode in the Presence of poly-L-lysine" Denki Kagaku. 61. 774-775 (1993)
• [文献書誌] Tominaga,Masato: "Effect of Surface Hydrophylicity of an Indium Oxide Electrode on Direct Electron Transfer of Myoglobin" Chemistry Letters. 1993. 1771-1774 (1993)
• [文献書誌] Taniguchi,Isao: "Electrochemical Evaluation of the Surface Structures of self-Assembling Promoter-modified Electrodes for Protein Electrochemistry" Chemical Sensors,Suppl.B. 9. 239-242 (1993)
• [文献書誌] 西山勝彦: "有機薄膜の電気化学" 信学技報. 93. 27-33 (1993)
• [文献書誌] Taniguchi,Isao: "Potential-Dependent Rectified Electron-Transfer at a Meldola's Blue Incorporated Decanethiol Modified Electrode as a Model of Biological Membrane" Michrochemisal J.49(in press). (1994)
• [文献書誌] Taniguchi,Isao: "Polypeptide Modified Indium Oxide Electrodes for Direct Electron Transfer of Ferredoxin" J.Chem.Soc.,Chem.Commun.1994(in press). (1993)
• [文献書誌] 谷口功: "化学工業(生体分子の電気化学とその応用)" 化学工業社, 45(4)80(52-57) (1994)
• [文献書誌] 谷口功: "生物物理(金属タンパク質の電子移動制御と電子機能素子の構築)" 生物物理学会、, 100 (1994)
• [文献書誌] Taniguchi,Isao: "Redox Mechanisms and Interfacial Properties of Molecules of Biological Importance" The Electrochemical Society.Inc.,Pennington,U.S.A.), 458(9-20) (1993)