二次元結晶構造を有するタンパク質膜中の酵素反応とその膜電位の解析

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05780472
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 出村 誠 東京農工大学, 機器分析センター, 講師 (70188704)
• キーワード: 絹フィブロン / 膜電位 / 配向高分子 / タンパク質 / 固体NMR / 内部二面体角

研究概要

研究代表者は、これまでに、タンパク質の二次構造形成能に着目し、このタンパク質膜中に外来の酵素を導入することによって、酵素固定化材料の開発を行ってきた。この方法の特徴は、担体となるタンパク質の自己組織的な水素結合網(二次元結晶)形成能を利用することで、酵素等を従来の方法より安定に包括できることである。これは、タンパク質膜に分子認識能を付与する機能化の一貫であったが、その研究過程で、特殊な酵素反応(刺激)による物質移動によって、そのタンパク質膜が電気化学的な応答(膜電位)を示すことを新たに見いだした。本研究では、上記のような反応と拡散の共役した膜系おける膜電位発生機構を明らかにすることを目的とし、特に、タンパク質の配向構造のキャラクタリゼーションを試みた。酵素固定化機能のある絹フィブロインタンパク質の一軸配向試料を作製し、その^<15>Nおよび^<13>固体NMR測定をした。ここで用いた解析手法は、ペプチド平面のNHまたはNC'結合の配向軸に対する角度とその配向分布が決定できる方法を応用した。その結果、絹フィブロインの結晶性領域と非晶性領域フラクションの決定、各々の領域に含まれるGly,Ala,Ser,Tyr,Valの配向角度、核残基の主鎖内部二面体角(phi、psi)、水分吸着によるペプチド結合の動的な構造変化などを定量的に決定することができた。これらの原子レベルの結晶構造に関する知見は、さらに、電気化学的な特性と相関づけることによって、膜電位発生機構解明へと発展させることが可能と考えられる。

研究成果

• [文献書誌] T.Asakura,J.-H.Yeo,M.Demura,T.Itoh,T.Fujito,M.Imanari,L.K.Nicholson,and T.A.Cross: "Structural Analysis of Uniaxially Aligned Polymers Using Solid-State 15N NMR" Macromolecules. 26. 6660-6663 (1993)
• [文献書誌] T.Asakura,Y.Yamazaki,K.W.Seng,M.Demura and I.Ando: "Synthesis of 13C-15N Double Labeled Sequence Model Compounds of Bombyx MoriSilk Fibroin and 15N and 13C Solid State NMR" Reports on Progress in Polymer Physics in Japan. 36. 633-636 (1993)
• [文献書誌] T.Asakura,Y.Hirsishi,K.Nakamura,T.Konakazawa,M.Demura,A.Kurioka,K.Komatsu and H.Nakayama: "Preparation of Regenerated Bombyx mori Silk Fibroin Fiber and Its Application to Biomaterials" Reports on Progress in Polymer Physics in Japan. 36. 637-638 (1993)
• [文献書誌] 呂泰洪、出村誠、小中沢岳仁、朝倉哲郎、伊藤卓郎、藤戸輝昭、今成司: "固体15N NMRによるポリアミド系繊維の構造解析" 高分子論文集. 51. 47-52 (1994)
• [文献書誌] T.Asakura,M.Demura,A.Uyama,K.Ogawa,K.Komatsu,L.K.Nicholson,and T.A.Cross: "NMR Characterization of Silk Proteins, “Silk Polymers:Materials Science and Biotechnology", Ed. by D.Kaplan, W.W.Adams, B.Farmer, and C.Viney" American Chemical Society, Washington, 370 (1994)
• [文献書誌] 出村誠、朝倉哲郎: "生体高分子 「高分子材料の機器分析事例集」(印刷中)" 技術情報協会(印刷中), (1994)