Home広岛大学持続可能性に寄与するキラルノット超物质国际研究所(奥笔滨-厂碍颁惭2)の佐藤弘志特任教授と理化学研究所創発物性科学研究センター(CEMS) 創発ソフトマター機能研究グループの相田卓三グループディレクター(東京大学卓越教授)らの共同研究グループは、理論的には可能とされながらも、これまではっきりとは確認できていなかった人工アミノ酸由来の“αヘリックス構造”を、初めて結晶構造として明らかにすることに成功しました。この成果は、分子が自己组织化してナノサイズのチューブ構造を作るという新しい材料設計の可能性を示すとともに、通常は不安定で安定に取り出すことが不可能な化学種をネットワーク構造(金属–有機構造体(MOF：Metal–Organic Framework)[5])に埋め込むことで安定化できるという新たなコンセプトを提示するものです。
本研究は、化学雑誌『Journal of the American Chemical Society』の掲载に先立ち、オンライン版に5月15日に掲载されました。
本研究は科学技術振興機構(JST)創発的研究支援事業(JPMJFR221T)、および 日本学術振興会(JSPS)科学研究費助成事業(18H05260、20H02705、24K01463)の支援により行われました。
私たちの体を构成するタンパク质は、アミノ酸が锁状につながった「ペプチド」が复雑に折りたたまれてできています。こうした折りたたみ(立体构造)は、生命活动に必要な机能を発挥するために不可欠な要素です。その中でも特に「αヘリックス」と呼ばれる、らせん状の构造は、多くのタンパク质で见られる重要な立体构造です。一方で、「础颈产(α-アミノイソ酪酸)」というアミノ酸は、天然には非常にまれにしか存在せず、αヘリックスとは少し异なる「310ヘリックス[6]」という构造をとりやすいことが知られています。これまでの研究でも、础颈产を含むペプチドが310ヘリックスを形成する例は数多く报告されていましたが、“础颈产だけで构成されたペプチドがαヘリックス构造をとる”というのは、理论的には予测されていたものの、これまで実际にはっきりと観测されたことは一度もありませんでした。
本研究では、础颈产を6个连结し、その両端に金属イオンと结合可能なピリジル基という部分を导入したペプチド(笔测-础颈产6-笔测)に、亜铅イオン(窜苍??)および别の有机分子(5-ニトロイソフタル酸)を加え、溶液中でゆっくり结晶化させる(図１补)という手法を用いることで、このペプチドが明确なαヘリックス构造をとり、さらにそれが自己集合して“超らせん状ナノチューブ”を形成する様子を初めて齿线结晶构造解析摆7闭で确认しました。この成果は、これまで“実现できない”とされてきた分子の折りたたみ构造を、金属と有机分子の精巧な组み合わせで诱导できることを示した重要な一歩であり、「ペプチドのような构造柔软性をもつ分子がどのように折りたたまれるか」を自在に制御する技术への道を开くものです。
完成したナノチューブ构造(Aib惭翱贵-1)は、直径约2ナノメートルのサイズで、内侧と外侧に复数のチャネル构造(通路)を持つ多孔性构造(空隙率45%)となっており、分子を选択的に取り込む「フィルター」のような性质を示します。
図1．人工アミノ酸础颈产ペプチドが与えるらせん构造から作られる结晶
将来的には、医薬品の输送やセンサー、ガス分离材料などへの応用が期待されます。また、合成条件をわずかに変えるだけで、310ヘリックス构造へと折りたたまれた构造になる(図1产)ことも示され、分子の设计における新たな可能性が示唆されました。
[1] Aib(α-アミノイソ酪酸)
炭素の周りに大きな“かさばる”置换基を持っており、分子を强制的に折りたたむ性质を持つ。
[2] ペプチド
アミノ酸が数个?数十个つながった分子。タンパク质の“素”のようなもので、生体内でも重要な役割を果たす。
[3] αヘリックス(アルファヘリックス)
タンパク质の中でよく见られる、らせん状の立体构造のこと。髪の毛を巻いたような形で、アミノ酸の锁がきれいに折りたたまれてできている。
[4] 自己组织化
分子が外部からの指示なしに、自然と一定の构造を作る现象。まるで玩具のブロックが自动的に组み上がるようなもの。
[5] 金属–有機構造体(MOF：Metal–Organic Framework)
金属イオンと有机分子が规则的につながった构造体。多孔性(たくさんの小さな穴)を持ち、ガス吸着や分离、触媒などに使われる。
[6] 310ヘリックス(スリー?テン?ヘリックス)
αヘリックスに似たらせん构造だが、1回転あたりの巻き方が少し异なる。アミノ酸「础颈产」はこちらを作りやすい。
[7] X線結晶構造解析
原子の3次元的な整列状态を调べる方法。齿线を结晶に当て、结晶构造を可视化する。
＜研究に関すること＞
広島大学 持続可能性に寄与するキラルノット超物質国際研究所（WPI-SKCM2） 特任教授 佐藤 弘志
罢别濒：082-424-7246
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＜报道に関すること＞
広島大学 広報室
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理化学研究所 広報部 報道担当
罢别濒：050-3495-0247
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罢贰尝：03-5841-4491 贵础齿：03-5841-3409
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掲載日 : 2025年05月19日
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