2017 Fiscal Year Annual Research Report
結晶細孔内での精密分子配列に基づく超分子酵素の開発
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15H05478
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
田代 省平 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (80420230)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 多孔性結晶 / ペプチド / 超分子酵素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、分子認識・配列能をもつ多孔性結晶の細孔内にアミノ酸・ペプチドをはじめとする生体関連分子を配列化し、細孔内に種々のアミノ酸官能基を位置選択的に配置することにより、酵素様構造と機能を超分子的に模倣した「超分子酵素」を構築することを目指して研究を進めている。このような試みをMOF等の既存の多孔性結晶で実現することはほとんど不可能であることから、本研究課題は基礎化学的な観点からも、また酵素様反応の開発による有用な分子変換反応の実現という応用化学的な観点からも重要であると考えている。当該年度は、結晶細孔内に配列したアミノ酸・ペプチドを起点として、いくつかの触媒反応や変換反応について検討を行った。例えば、細孔内の天井部位に位置選択的に配列するアミノ酸残基をアンカーとして、その末端に触媒官能基を付与することにより、空間特異的な触媒反応の検討を進めた。また、細孔内に配列化したアミノ酸・ペプチド間における反応促進についても実験を行った。反応選択性や効率はまだ十分とは言えないが、単結晶X線回折測定から得られたペプチド配列構造に基づいて合理的に反応系を設計することにより、高効率な反応を実現できると考えている。一方で、これらの研究を遂行する過程において、類似の多孔性結晶においてある環化付加反応が立体選択的に進行する知見を見出したことから、そちらについても検討を進めた。その結果、僅かながらも生成物の鏡像体過剰率の偏りをNMRやHPLC分析等から確認することができたことから、多孔性結晶細孔内における反応場設計において重要な指針を得ることができたと考えている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の目的通り、多孔性結晶内にアミノ酸・ペプチドを位置選択的に配列化することにより、種々の分子変換反応を検討するところまで到達できたことから、おおむね順調に進展していると考えている。具体的には、細孔内にアミノ酸が配列した構造を単結晶X線回折測定によって決定し、その構造情報に基づいて細孔内での反応を合理的にデザインすることによって、細孔内での触媒反応を検討するところまで至ることができた。実際に観測された反応選択性や反応速度は十分に高いものではなかったが、構造情報に基づいて基質や反応を合理設計していくことにより、反応効率や選択性の向上が見込まれる。さらに、類似の多孔性結晶で見出された立体選択的な環化付加反応の知見によって、分子設計に対する有用な知見が得られたことから、今後の展開が見込まれる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、当該年度の知見を活かして高効率・高選択的な触媒反応系を多孔性結晶内で構築することにより、超分子酵素の概念を実現することを目指して研究を進める予定である。標的とする触媒反応としてまず広範な有機変換反応について検討していくが、最終的には生体内類似反応として、アミノ酸・ペプチドの結合・切断反応や、テルペンの立体選択的変換反応などへと展開していくことにより、構造だけでなく機能的にも酵素を模倣した人工システムを構築することを目指す。
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