生体機能のミミックを志向したペプチド金属錯体材料の創出

お茶の水女子大学基幹研究院自然科学系（理学部化学科）講師 三宅 亮介

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自己紹介

三宅 亮介

お茶の水女子大学基幹研究院・講師さきがけ研究員兼担（超空間領域）

専門：錯体化学・超分子化学

研究の興味：アミノ酸や短いペプチドを利用した新規化合物による

生体を模した高機能物質の創製

研究で目指している展開：環境応答性（自動応答機能）精密なユニット配列制御

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本研究のコンセプト

生体分子（タンパク質）の機能

環境応答性正確性効率性

アミノ酸配列高次構造

協同的な構造変換

材料性・応用範囲の制限

短いペプチド鎖

金属錯体

配位構造→高次構造の置き換え

可逆性・配位子交換→構造変換の駆動部

＋

-

＋

材料性・応用範囲の改善

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ペプチドを材料に使うメリット

・構造柔軟性・水素結合ネットワークの切り替え（水素結合ネットワークの多様性）

ペプチド骨格 水素結合

構造変換に適したモチーフ

n

R = COOH, CONH2,NH2, SH, OH

アミノ酸配列の多様性

アミノ酸 アミノ酸側鎖の例

・多様な官能基が利用可能・合成が容易（潜在的な拡張性）・安価なキラル源

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我々のアプローチ

Chem. Commun. 2012, 48, 7553-7555.

Inorg. Chem. 2014, 53, 5717-5723.

Dalton Trans., 2015, 44, 2993-2996.

Chem. Eur. J. 2018, 24, 793-797. Cryst. Growth&Des. 2014, 14, 4882-4885.

ヘテロなアロステリック効果の模倣→環境応答性機能の創出

ユニットの精密な配列制御の模倣→金属イオン配列の異方的制御

どちらも（学術的な）応用を志向した基礎的研究段階

→材料展開へ向けた知見から共同研究いただける企業に向いています

1 2

5

ヘテロなアロステリック効果複数の因子に基づく正確な環境応答性：Bohr効果

C. Bohr, K. Hasselbalch, A. Krogh, Skand. Arch. Physiol. 1904 16, 401.

Hemoglobin

PO2 (酸素分圧/ mmHg)

酸素飽和度

/ %

80 mmHg CO2

0 20 40 60 80 100 120 140

100

80

60

40

20

0

動脈静脈

http://www.tokai-med.ac.jp/ce/kokushi/cn10/corner491/pg987.html

アプローチ 1

6

ヘテロなアロステリック効果の模倣：期待できる機能

協同的な構造変換

促進

ゲスト認識サイト

別の結合サイト

刺激分子（エフェクター）

活性化

不活性

効率的な輸送・貯蔵、正確な環境応答性

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〜ヘテロな結晶ナノ空間の利用〜既存研究との比較

これまでの報告 我々のアプローチ

空間１ 空間 A

空間 2 空間 B

空間 1’

空間 A’空間 2’

空間 B’

外部刺激

協同的な構造変化外部刺激

外部刺激

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我々の分子の基本コンセプト：環状錯体結晶によるヘテロな結晶ナノ空間創出

空間１

空間 2

空間１

金属イオン

ペプチド型架橋配位子

錯体形成 結晶パッキング

金属配位結合

柔軟性 可逆性(配位子交換)

+

+

配位子金属イオン

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Structural switch by water uptake/release

本研究で用いたペプチド環状錯体

Chem. Commun. 2012, 48, 7553, Inorg. Chem. 2014, 53, 5717.

Ni

peptide Ni(II)-macrocycles

水分子

ー

＋

ー

＋

shrink open/close

＝

H2O

H2O

H2O

H2O

[Ni414]8+

空間 1

空間 2

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空間 A’

空間 B’

＋

空間 1’

空間 2’

ー

ー

＋

H2O

H2O

ガス包接: ON？ガス包接: OFF?

２成分系でのガス包接スイッチ

空間 1: 閉

空間 2: 閉

空間 1: 開(水分子を認識)

空間 2: 開(空)

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水の存在有無によるCO2ガス吸着挙動の違い

+H2O

dehydrated sample

hydrated sample

at 297 K

空間１：閉

空間２：閉

空間１：開空間２：開

(空)

-H2O

PCO2

sam

ple

weig

ht

5.7 H2Oper macrocycle

0 H2Oper macrocycle

CO2 gas

Chem. Eur. J. 2018, 24, 793. 12

狭い圧力範囲で変化→湿度を認識したガス貯蔵など

水蒸気圧を認識したCO2包接ON/OFF

PH2O / kPa

Adsorp

tion a

mounts

of C

O2

gas

/ g m

ol-1

（CO2導入前の平衡圧） Chem. Eur. J. 2018, 24, 793.

気体を認識して気体の貯蔵を可逆的に制御した新事例

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CO2 gasの包接や構造変換の検出

Chem. Eur. J. 2018, 24, 793. 14

H2O 0.1 kPa蒸気圧下

DSC curve

２成分の認識に関する知見

H2O

ー

＋

effector

,

,

Chem. Eur. J. 2018, 24, 793. 15

環境応答性ペプチド金属錯体結晶のまとめ

※認識可能な環境因子のレパートリー・設計指針については現在研究を進めています。この場で報告しませんので、ご興味があれば別途お問い合わせください。

H2O

H2O

ー

＋

open/close

期待できる展開：CO2ガスの貯蔵・CO2とH2Oの環境センサー課題：用途により設計変更が必要な場合があり

CO2CO2

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Cryst. Growth&Des. 2014, 14, 4882-4885.

我々のアプローチ

Chem. Commun. 2012, 48, 7553-7555.

Inorg. Chem. 2014, 53, 5717-5723.

Dalton Trans., 2015, 44, 2993-2996.

Chem. Eur. J. 2018, 24, 793-797.

ヘテロなアロステリック効果の模倣→環境応答性機能の創出

ユニットの精密な配列制御の模倣→金属イオン配列の異方的制御

1 2

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精密な配列制御：金属イオン配列制御への展開

集積

配列に依存した新機能

· 伝導性 · 発光 · 磁性 · 触媒 他

金属イオン配列

配列制御の鋳型としてペプチドのメリット

構造の多様性・キラリティ・環境負荷が小さい

アプローチ 2

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本研究の特徴：ペプチド集積構造を用いた金属イオン集積

Takaya, Naota, et.al

=

シート構造 集積シート構造ペプチド架橋配位子

金属イオン 2D 配列

我々の方法：高次配列（複数の相互作用導入が可能）

既存の方法

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用いたペプチド金属錯体

Crystal data (93 K): C7H11Ag2N3O5, monoclinic, P21, a = 4.811(6), b=19.933(3), c = 5.4830(7) Å,

V = 511.48(11) Å3, Z = 2, GOF = 1.050 , R1 = 0.0257, wR2 = 0.0573）

結晶構造 (-180 °C)

塩基

2

Cryst. Growth&Des. 2014, 14, 4882. 20

金属イオンの異方的な配列制御

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期待できる展開：金属イオンの異方的な配列制御１

金属ナノ粒子への展開

特徴：ペプチド＋Ag+水だけで合成が可能→安易で環境負荷が小さい

数十nm〜数μm

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表面への展開

発光特性（円偏光発光など）の制御

外部刺激

発光の強度・円偏光の反転

伝導方向の制御

外部刺激結晶材料・機能表面

◆応答展開の例：（現状等、詳しくはご相談ください。）

期待できる展開：金属イオンの異方的な配列制御２

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まとめ：ペプチド錯体の示す機能とその展開

ー

＋

H2O

H2O

1 ヘテロなアロステリック効果：ペプチド環状錯体

2 精密な配列制御：ペプチド銀錯体

ナノ粒子機能表面

などへの展開

CO2 CO2

２成分での認識分子の輸送分子貯蔵など

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問い合わせ先

研究内容：三宅亮介E-mail: miyake.ryosuke@ocha.ac.jp

産学連携関係：研究協力課社会連携担当 髙水E-mail: s-kenkyo@cc.ocha.ac.jp

TEL: 03-5978-5162

FAX: 03-5978-2732

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