多フッ素アミノ酸を素構造とする非水系人工タンパク質の設計合成と構造制御

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09217246
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 西野 憲和 九州大学, 有機化学基礎研究センター, 教授 (40145165)
• キーワード: 多フッ素化アミノ酸 / ポリペプチド / 両親媒性構造 / 疎媒効果 / 高次構造

研究概要

多フッ素化アミノ酸の代表例として、L-型のトリフルオロエチルグリシン(L-Tfe)の大量調製が可能となったので、これを他の中性あるいは親水性のアミノ酸と組み合わせて、2種類の人工タンパク質モデルを合成した。両者共に中性のアラニン(Ala)と親水性のリシン(Lys)またはグルタミン酸(Glu)を含み、両親媒性α-ヘリックスモチーフを有する21-ペプチドであるが、異なるアミノ酸配列を持たせた。
モデルI:(Ala-Tfe-Ala-Lys-Ala-Tfe-Ala)_3 モデルII:(Glu-Tfe-Tfe-Lys-Ala-Tfe-Ala)_3
2/7の比でTfeを含むモデルIは水中ではランダム構造となり、25%以上のトリフルオロエタノールの添加によってα-ヘリックス性を示した。側鎖トリフルオロエチル基の占有体積が、従来のロイシン構造(イソブチル基)に対して著しく小さいため、ペプチド主鎖の2次構造を破壊するほどの凝集力が生じており、これを緩和するためインシュレータとしてフッ素系溶媒が必要であると考えられた。炭化水素系のメタノールを溶媒に用いると、当初α-ヘリックスであった2次構造は、24時間以内にゆっくりとβ-シート構造に変化した。これはメタノールとトリフルオロエチル基間の疎媒効果が働いた結果である。
モデルIIは水中でランダム構造、メタノール、トリフルオロエタノール中でα-ヘリックス構造であった。メタノール中のα-ヘリックス構造はβ-シート構造に転移しなかった。これは、モデルIIのアミノ酸配列中で連続するTfeがβ-鎖になった場合に互いに離されるより、むしろ近接してらせん構造の安定化をもたらすのが原因である。
上記の知見は触媒機能を有する人工タンパク質の設計の精密化のために重要な指針を与えるものである。

研究成果

• [文献書誌] H.Mihara: "A pair of pyrene groups as a conformational probe for antiparallel β-sheet structure formed in cyclic peptides" J.Chem.Soc.Perkin Trans.2. 1979-3. 517-522 (1997)
• [文献書誌] S.Kunugi: "N-D-Biotinyl-7-amino-4-mothylcoumarin as a novel fluorigenic substrate for the determination of biotinidase activity" Chem.Lett.1997・2. 391-392 (1997)
• [文献書誌] O.Oishi: "No excimer formation of a conformationally closed pyrene-pair" Chem.Phys.Lett.269・5. 530-534 (1997)
• [文献書誌] K.Tomizaki: "Catalytic activities of an artificial protein with designed loops" Peptides,the Proceedings of the First International Peptide Symposium. 1・1(in press). (1998)
• [文献書誌] K.Tomizaki: "Substrate specificities of artificial flavo-enzymes" Peptides,the Proceedings of the First International Peptide Symposium. 1・1(in press). (1998)
• [文献書誌] K.Kaneko: "Catalytic activities of an artificial heme enzyme" Peptides,the Proceedings of the First International Peptide Symposium. 1・1(in press). (1998)