金属タンパク質の界面電子移動制御とその生物電気化学的応用

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06045042
• 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: FARRELL Nich バージニアコモンウエルス大学, 化学科, 準教授 ; CHELEBOWSKI ジャン エフ バージニアコモンウエルス大学, 化学科, 教授 ; WYSOCKI Vick バージニアコモンウエル大学, 化学科, 準教授 ; HAWKRIDGE Fr バージニアコモンウエル大学, 化学科, 教授 ; 木田 建二 熊本大学, 工学部, 教授 (00195306) ; 西山 勝彦 熊本大学, 工学部, 講師 (10202243)
• キーワード: 金属タンパク質 / 電解電子移動 / 生物電気化学 / 機能修飾電極 / 分光電気化学 / ダイナミクス / 酵素触媒反応 / 円二色性

研究概要

本研究では、金属タンパク質の構造変化による機能制御の本質を解明、応用するための基礎を確立するため、日米二つの研究グループの得意な領域を有機的に結合して、金属タンパク質の電子移動反応に関する基礎的知見の増大と新しい概念の創出を目指して研究を進めている。第二年度の成果として以下のことが挙げられる。
1. 金属タンパク質の界面電子移動制御とその生物電気化学的応用について
i) ミオグロビン、ヘモグロビン及びフェレドキシンについて電子移動制御が可能な機能修飾電極を開発し、その機能を電気化学法、分光学、走査プローブ顕微鏡などを用いて詳細に明らかにした。
ii) ミオグロビンの不均一電子移動速度とスピン状態および電極の親水性との関係の定量的評価を行い、マンガン再構成ミオグロビンおよびモノアザ置換人工ミオグロビンを用いて、ヘム鉄の軸配位子の重要性を示した。
iii) フェレドキシンの起源及びアミノ酸改変体のレドックス電位や酵素反応速度への影響の定量的な解析を行い、フェレドキシンの機能を明らかにした。
2. 金属タンパク質の構造変化のダイナミクス測定について
i) 電気化学法及び新しいCD分光電気化学法などを用いて電子移動過程に伴うチトクロムc、ミオグロビン、フェレドキシンの全体的かつ局部的構造変化のダイナミクスに関する新しい知見を得た。
ii) フェレドキシンの電気化学挙動の温度依存性から微細な構造変化が認められそのダイナミクスについて詳細な解析を進めている。
3. フェレドキシンの電子移動制御と光合成モデル生体機能化学反応への応用について
3. フェレドキシンの電極反応を、フェレドキシン-NADP^+-リダクターゼ(FNR)系と共役させ、さらに、NADPHを補酵素とする酵素と共役させて、立体選択的精密化学合成へと展開した。具体例として、ピルビン酸からLーリンゴ酸が得られることを実証した。

研究成果

• [文献書誌] ISHIYAMA, Munetaka: "Novel Disul fonated Tetrazolium Salt That can beReduced to a Water-soluble Formazan and its Application to the Assay of Lactate Dehydrogenase" Analyst (London). 120. 113-116 (1995)
• [文献書誌] TANIGUCHI,Isao: "Effect of Structure of the Redox Center on the Electron Transfer Reaction of Myoglobin" Rev.of Polarography. 41. 87 (1995)
• [文献書誌] TANIGUCHI,Isao: "Electrochemistry of Metalloproteins at Functional Electrodes" Proceedings of The International Symposium on Electron Transfer in Proteins and Supramolecular Assemblies at Interfaces. (in press). (1995)
• [文献書誌] YAO,Qing: "Direct electron tansfer of hemoglobin adsorbed on the hydrophilic surface of an indium oxide electrode" J.Electroanal.Chem.(to be published).
• [文献書誌] TANIGUCHI,Isao: "Electrochemistry of Chlorella Ferredoxin at Promoter Modified Indium Oxide Electrodes and Its Application to Biocatalytic Reactions" Electroanalysis. (to be published).
• [文献書誌] TANIGUCHI,Isao: "Novel Trends in Electroorganic Synthesis" Kohdansha-Elsevier, 393-396(444) (1995)
• [文献書誌] TANIGUCHI,Isao: "Novel trends in Electroorganic Synthesis" Kohdansha-Elsevier, 399-400(400) (1995)
• [文献書誌] 谷口 功: "詳説無機化学(第5章酸化還元)" 講談社サイエンティフィク, 96-104(292) (1996)
• [文献書誌] 谷口 功: "機器分析入門(第10章電気分析)" 南江堂(印刷中), (1996)