JP5943463B2 - レアメタル結合能を有する人工ペプチドおよびその利用 - Google Patents
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Description
[1]以下のアミノ酸配列(1)を有し、かつアミノ酸残基数が100以下であるペプチド。
(1)SDPLVX1RASLIGLLX2LLLWX3X4X5RX6(配列番号1)
(X1は親水性アミノ酸、X2はHまたはA、X3はRまたはK、X4はMまたは脂肪族アミノ酸、X5はDまたはE、X6は任意のアミノ酸を表す。)
[2]X1がNまたはR、X4がMまたはL、X6がKまたはLである前記[1]に記載のペプチド。
[3]アミノ酸配列(1)が、以下のアミノ酸配列(2)または(3)である前記[2]に記載のペプチド。
(2)SDPLVNRASLIGLLHLLLWRMDRL(配列番号2)
(3)SDPLVRRASLIGLLHLLLWKMDRK(配列番号3)
[4]アミノ酸配列(1)が、以下のアミノ酸配列(4)または(5)である前記[2]に記載のペプチド。
(4)SDPLVRRASLIGLLHLLLWKLERK(配列番号4)
(5)SDPLVRRASLIGLLALLLWKMDRK(配列番号5)
[5]前記[1]〜[4]のいずれかに記載のペプチドを含有する金属吸着剤。
[6]金属がレアメタルである前記[5]に記載の金属吸着剤。
[7]レアメタルがパラジウムおよび/または白金である前記[6]に記載の金属吸着剤。
[8]前記[5]〜[7]のいずれかに記載の金属吸着材とレアメタルを含む金属成分を含有する水溶液とを接触させる工程とを含むことを特徴とするレアメタル回収方法。
[9]レアメタルがパラジウムおよび/または白金である前記[8]に記載のレアメタル回収方法。
[10]前記[1]〜[4]のいずれかに記載のペプチドとレアメタルを含む金属成分を含有する水溶液とを接触させる工程、および、当該ペプチドの構造変化を検出する工程を含むことを特徴とするレアメタル検出方法。
[11]レアメタルがパラジウムおよび/または白金である前記[10]に記載のレアメタル検出方法。
そこで、本発明者らは、M2タンパク質の膜貫通ドメインを含むSer23からLeu46までのアミノ酸配列からなるペプチドは疎水性が高く水に不溶であったためアミノ酸配列を改変することで水溶性を獲得させ、さらに新たな金属結合能を付与するべくペプチド分子を設計し、種々の性質について検討を行った。その結果、レアメタル結合能を有する水溶性アナログを見出し、本発明を完成させるに至った。
本発明は、以下のアミノ酸配列(1)を有し、かつアミノ酸残基数が100以下であるペプチドを提供する。
(1)SDPLVX1RASLIGLLX2LLLWX3X4X5RX6(配列番号1)
(X1は親水性アミノ酸、X2はHまたはA、X3はRまたはK、X4はMまたは脂肪族アミノ酸、X5はDまたはE、X6は任意のアミノ酸を表す。)
本発明のペプチドは、水溶性かつレアメタル結合能を有しているペプチドであればよい。本発明のペプチドは、上記アミノ酸配列(1)を含むものであればよく、それ以外の部分のアミノ酸配列は、水溶性およびレアメタル結合能の少なくとも一方を損なわない限り特に限定されない。なお、本明細書において、「ペプチド」は2個以上のアミノ酸がペプチド結合によって結合したものを意味し、結合するアミノ酸の数は問わない。すなわち、本発明における「ペプチド」にはポリペプチドが含まれる。
X4はメチオニンまたは脂肪族アミノ酸であればよい。X4の脂肪族アミノ酸としては、例えばロイシン、イソロイシン、アラニン、バリン等が挙げられる。好ましくはロイシンである。
X6のアミノ酸は特に限定されず、いずれのアミノ酸でもよい。好ましくは、ロイシン、リジン、グリシンであり、より好ましくは、ロイシンまたはリジンである。
(2)SDPLVNRASLIGLLHLLLWRMDRL(配列番号2)
(3)SDPLVRRASLIGLLHLLLWKMDRK(配列番号3)
アミノ酸配列(2)または(3)からなるペプチドは水溶性であり、パラジウムおよび銅と選択的に結合することが確認されている。
(4)SDPLVRRASLIGLLHLLLWKLERK(配列番号4)
(5)SDPLVRRASLIGLLALLLWKMDRK(配列番号5)
アミノ酸配列(4)または(5)からなるペプチドは水溶性であり、パラジウムと選択的に結合することが確認されている。
本発明のペプチドは金属(金属イオン)と結合できる性質を有するため、金属吸着剤として好適に用いることができる。本発明の金属吸着剤の吸着対象金属は、本発明のペプチドに特異的(選択的)に結合可能な金属に限定されず、非特異的に結合可能な金属であってもよい。本発明の金属吸着剤の吸着対象金属としては、例えば、金、銀、銅、亜鉛、白金、パラジウム、コバルト、クロム、マンガン、ニッケルなどが挙げられる。
本発明者らは、後の実施例で示すように、本発明のペプチドが特定のレアメタルと結合することにより構造変化することを見出した。したがって、本発明は、本発明のペプチドを用いるレアメタル検出方法を提供することができる。すなわち、本発明のレアメタル検出方法は、本発明のペプチドと目的のレアメタルを含有する可能性のある水溶液とを接触させる工程、および、接触後の本発明のペプチドの構造変化を検出する工程を含むものであればよい。本発明のレアメタル検出方法において、本発明のペプチドは、上記本発明の金属吸着剤の形態で使用することが好ましい。ペプチドの構造変化を検出する手段としては、特に限定されないが、例えば、円二色性(CD)測定、赤外分光(IR)測定、核磁気共鳴(NMR)測定などが挙げられる。
本発明のペプチドは特定のレアメタルと結合することにより構造変化するので、特定のレアメタルに対するセンシング素子として用いることができる。本発明のペプチドを用いるセンシング素子と、特定のレアメタルの結合に伴うペプチドの構造変化を他の信号に変換する手段とを組み合わせることにより、特定のレアメタルに対するセンサー(検出器)を提供することができる。
(1)ペプチドの合成
以下の4種類のペプチドを、ペプチド合成機(Pioneer, Peptide synthesis System; Applied Biosystems社製)を用いて、F−moc固相法により合成した。
M2SAP2:SDPLVNRASLIGLLHLLLWRMDRL(配列番号2)
M2SAP3:SDPLVRRASLIGLLHLLLWKMDRK(配列番号3)
M2SAP5:SDPLVRRASLIGLLHLLLWKLERK(配列番号4)
M2SAP6:SDPLVRRASLIGLLALLLWKMDRK(配列番号5)
(2−1)CD(円二色性)測定
合成した各ペプチドを酢酸バッファー(pH5.5)にそれぞれ溶解して、300μMのペプチド溶液を調製した。このペプチド溶液にコバルト、銅またはパラジウムを含む溶液を添加した。ペプチド溶液のみ(金属非添加)、コバルト添加ペプチド溶液、銅添加ペプチド溶液およびパラジウム添加ペプチド溶液について、それぞれCDを測定した。測定には、Jasco J−720 spectro−polarrimeter(日本分光社製)を使用し、光路長0.1mmのタイコセルを用いて200μLのペプチド溶液について測定した。測定条件は、温度25℃、走査波長250nm〜190nm、データ間隔0.2nm、走査速度100nm/min、レスポンス2sec、 バンド幅1nm、 感度10mdeg、積算回数8回とした。
合成した各ペプチドを酢酸バッファー(pH5.5)にそれぞれ溶解して、300μMのペプチド溶液を調製した。測定には、VP−ITC Micro Calorimeter(MicroCal社製)を使用した。セルに1.5mLのペプチド溶液を入れ、撹拌しながら銅イオン溶液またはパラジウムイオン溶液を滴定した。得られた発熱量の変化を解析して結合定数を算出した。
(3−1)M2SAP2
M2SAP2のCD測定の結果を図1に、ITC測定の結果を図2(A)および(B)に示した。図1から、M2SAP2は、銅イオンまたはパラジウムイオンを添加することによりこれらの金属と結合してα−へリックスに構造変化することが示された。一方、コバルトイオンを添加した場合は構造変化が生じないことが示された。示していないが、他の金属(鉄イオン、ニッケルイオン等)を添加した場合も構造変化が生じなかった。この結果から、M2SAP2は、銅およびパラジウムと選択的に結合することが明らかとなった。図2(A)および(B)に示した発熱量の変化に基づいて得られた結合常数(表1参照)から、M2SAP2の銅およびパラジウムに対する結合能は同程度であった。
M2SAP3のCD測定の結果を図3に、ITC測定の結果を図4(A)および(B)に示した。図3から、M2SAP3は、銅イオンまたはパラジウムイオンを添加することによりこれらの金属と結合してα−へリックスに構造変化することが示された。一方、コバルトイオンを添加した場合は構造変化が生じないことが示された。示していないが、他の金属(鉄イオン、ニッケルイオン等)を添加した場合も構造変化が生じなかった。この結果から、M2SAP3は、銅およびパラジウムと選択的に結合することが明らかとなった。図4(A)および(B)に示した発熱量の変化に基づいて得られた結合常数(表1参照)から、M2SAP3の銅およびパラジウムに対する結合能は同程度であった。
M2SAP5のCD測定の結果を図5に、ITC測定の結果を図6(A)および(B)に示した。図5から、M2SAP3は、パラジウムイオンを添加することによりこれと結合してα−へリックスに構造変化することが示された。一方、銅イオンまたはコバルトイオンを添加した場合は構造変化が生じないことが示された。示していないが、他の金属(鉄イオン、ニッケルイオン等)を添加した場合も構造変化が生じなかった。この結果から、M2SAP5は、パラジウムと選択的に結合することが明らかとなった。図6(A)および(B)に示した発熱量の変化に基づいて得られた結合常数(表1参照)から、M2SAP5のパラジウムに対する結合能は、銅に対する結合能の約4倍であった。なお、パラジウムに対する結合能がM2SAP3と比して約2倍向上している点で、より有用性が高い。
M2SAP6のCD測定の結果を図7に、ITC測定の結果を図8(A)および(B)に示した。図7から、M2SAP6は、パラジウムイオンを添加することによりこれと結合してα−へリックスに構造変化することが示された。一方、銅イオンまたはコバルトイオンを添加した場合は構造変化が生じないことが示された。示していないが、他の金属(鉄イオン、ニッケルイオン等)を添加した場合も構造変化が生じなかった。この結果から、M2SAP6は、パラジウムと選択的に結合することが明らかとなった。図8(A)および(B)に示した発熱量の変化に基づいて得られた結合常数(表1参照)から、M2SAP6のパラジウムに対する結合能は、銅に対する結合能の約4倍であった。なお、パラジウムに対する結合能がM2SAP3と比して約4倍向上している点で、より有用性が高い。
(1)ペプチド塗工紙の作製
原紙として、薄葉紙14g/m2(50mm×50mm)を用いた。ペプチド塗工液(原液)として、バインダー樹脂(25%品)40mgにM2SAP5を10mg添加して攪拌混合したもの(バインダー樹脂(固形量):ペプチド(固形量)=1:1)を用いた。ペプチド塗工液の入ったシャーレの中に薄葉紙を入れて含浸させ、その後オーブン乾燥機にて100℃で10分間乾燥を行った。ペプチド塗工液(原液)を水で希釈して濃度を調整することにより、塗工量が2g/m2(ペプチド1g/m2)の塗工紙および1g/m2(ペプチド0.5g/m2)の塗工紙の2種類を作製した。
パラジウム標準液(1000ppm)が5ml入ったシャーレに、25mm×25mm角の塗工紙を4時間含浸させ、パラジウムイオンを吸着させた。その後、残液のパラジウムイオン濃度を原子吸光分光光度計を用いて測定し、初期濃度との差を吸着量とした(n=2)。
結果を図9および表2に示した。図9は、4時間含浸後の薄葉紙の写真であり、(A)が薄葉紙14g/m2、(B)が薄葉紙14g/m2+ペプチド塗工液2g/m2、(C)が薄葉紙14g/m2+ペプチド塗工液1g/m2の写真である。図9からわかるように、薄葉紙の着色の程度は(B)>(C)>(A)であった。また、表2に示したように、薄葉紙に本発明のペプチドを塗工することでパラジウムイオンの吸着量が用量依存的に増加した。また、ペプチド塗工紙作製における原料ペプチドの歩留まりを100%と仮定した場合、ペプチド1gあたりのパラジウムイオン吸着量は約90〜約135mg/gと推定された。
Claims (9)
- 以下のアミノ酸配列(1)からなるペプチド、またはアミノ酸配列(1)を2〜4回繰り返した配列からなるペプチド。
(1)SDPLVX1RASLIGLLX2LLLWX3X4X5RX6(配列番号1)
(X1はNまたはR、X2はHまたはA、X3はRまたはK、X4はMまたはL、X5はDまたはE、X6はKまたはLを表す。) - アミノ酸配列(1)が、以下のアミノ酸配列(2)〜(5)のいずれかである請求項1に記載のペプチド。
(2)SDPLVNRASLIGLLHLLLWRMDRL(配列番号2)
(3)SDPLVRRASLIGLLHLLLWKMDRK(配列番号3)
(4)SDPLVRRASLIGLLHLLLWKLERK(配列番号4)
(5)SDPLVRRASLIGLLALLLWKMDRK(配列番号5) - 請求項1または2に記載のペプチドを含有する金属吸着剤。
- 金属がレアメタルである請求項3に記載の金属吸着剤。
- レアメタルがパラジウムおよび/または白金である請求項4に記載の金属吸着剤。
- 請求項3〜5のいずれかに記載の金属吸着材とレアメタルを含む金属成分を含有する水溶液とを接触させる工程を含むことを特徴とするレアメタル回収方法。
- レアメタルがパラジウムおよび/または白金である請求項6に記載のレアメタル回収方法。
- 請求項1または2に記載のペプチドとレアメタルを含む金属成分を含有する水溶液とを接触させる工程、および、当該ペプチドの構造変化を検出する工程を含むことを特徴とするレアメタル検出方法。
- レアメタルがパラジウムおよび/または白金である請求項8に記載のレアメタル検出方法。
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