| 研究課題/領域番号 |
20KK0315
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
大洞 光司 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (10631202)
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| 研究期間 (年度) |
2021 – 2023
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| キーワード | 人工酵素 / 生体触媒 / 物質変換 / 反応場 / 金属ポルフィリノイド |
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| 研究実績の概要 |
研究者のグループで実験に従事し、疎水性空孔タンパク質の独自技術を習得することで研究の飛躍的な加速が期待される。
触媒反応の高活性・高選択性の制御は現在の低分子モデル錯体のみを用いた錯体化学や分子触媒の化学では達成困難であり、金属酵素で巧みに用いられているタンパク質マトリクス(反応場)の寄与の重要性が示唆されている。しかし、タンパク質から構成される反応場を自在に設計・改変して活性種を制御し、目的の機能を発揮する人工金属酵素を創出した例は非常に限定的であり活性の高いRh等の貴金属を使った数例が報告されているに過ぎない。基課題を含めた本研究では、より安価な金属であるMnやFeで、タンパク質の反応場を精密に制御し、困難な反応を立体・位置選択的に進行させる点で非常に大きな意義がある。本国際共同研究では、基課題において開発する人工金属酵素の設計、調製手法を、海外共同研究者独自の疎水性空孔タンパク質に適用し、新しい高活性・高選択的な人工金属酵素の開発に取り組み、飛躍的な発展を狙う。
本年度は、渡航の前の準備段階として、活性中心となる人工金属錯体の設計と合成に取り組んだ。特に、疎水性空孔タンパク質の空孔部位は大きくないため、分子設計が非常に重要となる。ヘムの配位子の類縁体であるポルフィリンの構造異性体を中心に、それらの金属錯体を調製した。各種分光法により同定を行い、設計通りの錯体が合成できていることを確認した。また渡航先の海外共同研究者と綿密なディスカッションをオンラインで行い、来年度の渡航に向けた準備を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
研究者のグループで実験に従事し、疎水性空孔タンパク質の独自技術を習得することで研究の飛躍的な加速が期待される。
触媒反応の高活性・高選択性の制御は現在の低分子モデル錯体のみを用いた錯体化学や分子触媒の化学では達成困難であり、金属酵素で巧みに用いられているタンパク質マトリクス(反応場)の寄与の重要性が示唆されている。しかし、タンパク質から構成される反応場を自在に設計・改変して活性種を制御し、目的の機能を発揮する人工金属酵素を創出した例は非常に限定的であり活性の高いRh等の貴金属を使った数例が報告されているに過ぎない。基課題を含めた本研究では、より安価な金属であるMnやFeで、タンパク質の反応場を精密に制御し、困難な反応を立体・位置選択的に進行させる点で非常に大きな意義がある。本国際共同研究では、基課題において開発する人工金属酵素の設計、調製手法を、海外共同研究者独自の疎水性空孔タンパク質に適用し、新しい高活性・高選択的な人工金属酵素の開発に取り組み、飛躍的な発展を狙う。
本年度は、渡航の前の準備段階として、活性中心となる人工金属錯体の設計と合成に取り組んだ。特に、疎水性空孔タンパク質の空孔部位は大きくないため、分子設計が非常に重要となる。ヘムの配位子の類縁体であるポルフィリンの構造異性体を中心に、それらの金属錯体を調製した。各種分光法により同定を行い、設計通りの錯体が合成できていることを確認した。さらに、錯体以外の有機分子でも触媒能が発現できる可能性があるためこれらの調製も行なった。また渡航先の海外共同研究者と綿密なディスカッションをオンラインで行い、来年度の渡航に向けた準備を十分に行うことができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
基課題では、難度の高い物質変換反応に触媒活性を示す人工金属酵素の開発を目的とし、ヘムタンパク質と人工金属錯体を組み合わせた系を構築している。来年度は実際に渡航し、疎水性空孔を有する非ヘムタンパク質であるLmrRに本年度に調製した金属錯体を取り込ませ基課題で提案している人工金属酵素の合理的設計の拡張を非ヘムタンパク質へ適用する。新たな人工金属酵素を調製し、難度の高いC-H結合活性化反応を評 価する。さらに、変異導入を実施し、設計法の確立を目指す。特に非ヘムタンパク質へのポルフィリノイド金属錯体を導入の例は限られているため、最適化や条件検討が必要になると考えられる。触媒活性が思ったよりも見られなかった場合は、金属錯体がタンパク質に取り込まれているか詳細に評価する必要があると考えられる。この証明には結晶構造解析が最も信頼できる手法であるが、時間がかかるため、簡易的に分子動力学シミュレーションや変異導入による対照実験、各種分光法により評価を実施する予定である。得られた成果を日本に持ち帰り、錯体の最適化を実施し、設計した分子を実際に合成する。可能であれば、もう一度渡航し、年度内にもっとも有力な金属錯体を決定したい。
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