ポイント
- 酵素の動作原理を手本として、ナノ細孔の形状が自在に変形する多孔質結晶を開発しました。
- 従来型の多孔質材料では困難な酵素の動作機構を組み込むことにより、結晶ナノ細孔の自在な変形とそれに基づく分子配列の動的制御を実現しました。
- 酵素のような動的高次機能を備えた触媒、貯蔵、分離、センサーなどへの応用が期待されます。
東京大学 大学院理学系研究科の田代 省平 准教授、塩谷 光彦 教授らの研究グループは、酵素の構造や活性を制御するアロステリック効果の動作原理を手本として、局所認識部位（アロステリック部位）へのエフェクター分子の結合に応答して細孔形状が自在に変形する多孔質結晶を開発しました。本研究で用いた環状パラジウム三核錯体分子から成る多孔質結晶Ｍｅｔａｌ－ｍａｃｒｏｃｙｃｌｅ ｆｒａｍｅｗｏｒｋ（ＭＭＦ）は、ナノメートル径の１次元細孔を持ち、その内壁の特定位置にアロステリック部位が存在します。今回、この部位に取り込まれたエフェクターの種類に応じて、結晶細孔の形状が縦もしくは横方向に自在かつ可逆的に膨張・収縮を繰り返せることをＸ線回折測定により明らかにしました。また、エフェクターがアロステリック部位に結合しても細孔内の大半のスペースはそのまま活用でき、細孔変形に伴うナノ空間内での機能制御が可能です。エフェクターによる細孔変形によってゲスト分子（捕捉される分子）の配列構造が変化するアロステリック効果を観測できました。このような酵素のアロステリック効果を備えた多孔質結晶の開発はいまだ挑戦的な課題であり、今回の成果はその重要なマイルストーンとなります。また、酵素のように動的高次機能を備えることにより、触媒、貯蔵、分離、センサーなどの機能を備えた新たな多孔質結晶材料の発展が期待されます。
本研究成果は、英国夏時間２０２３年８月１０日に「Ｎａｔｕｒｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」に掲載されます。
本研究は、科研費「新学術領域“配位アシンメトリ”（課題番号：ＪＰ１６Ｈ０６５０９／塩谷 光彦）」、「新学術領域“ソフトクリスタル”（課題番号：ＪＰ１８Ｈ０４５０２／田代 省平）」「新学術領域“水圏機能材料”（課題番号：ＪＰ２２Ｈ０４５２２／田代 省平）」、ＪＳＴ さきがけ「自在配列（課題番号：ＪＰＭＪＰＲ２２Ａ８／田代 省平）」、池谷科学技術振興財団と藤森科学技術振興財団（田代 省平）の支援により実施されました。
＜プレスリリース資料＞
- 本文 ＰＤＦ（７００ＫＢ）
＜論文タイトル＞
- “Effector-dependent structural transformation of a crystalline framework with allosteric effects on molecular recognition ability”
- ＤＯＩ：10.1038/s41467-023-40091-6
＜お問い合わせ先＞
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＜研究に関すること＞
塩谷 光彦（シオノヤ ミツヒコ）
東京大学 大学院理学系研究科 化学専攻 教授
Tel：03-5841-8061
E-mail：shionoya
chem.s.u-tokyo.ac.jp田代 省平（タシロ ショウヘイ）
東京大学 大学院理学系研究科 化学専攻 准教授
Tel：03-5841-4361
E-mail：tashirochem.s.u-tokyo.ac.jp -
＜ＪＳＴ事業に関すること＞
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科学技術振興機構 戦略研究推進部 グリーンイノベーショングループ
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＜報道担当＞
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