Ni-Fe金属中心の構造化学的研究

• Project/Area Number: 10129214
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 樋口 芳樹 京都大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (90183574)
• Project Period (FY): 1998
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1998)
• Budget Amount: ¥1,600,000 (Direct Cost: ¥1,600,000); Fiscal Year 1998: ¥1,600,000 (Direct Cost: ¥1,600,000)
• Keywords: ヒドロゲナーゼ / Ni-Fe活性中心 / 非タンパク質配位子 / ブリッジS配位子 / S=O配位子 / 鉄-イオウ・クラスター

Research Abstract

酵素学的アプローチ ヒドロゲナーゼの活性化(すなわち水素還元)により,(SO,CO,CN,S/SH)の4本の非タンパク質配位子が大きな構造変化を起こすことを予想し,それを,特定する実験を行った.その結果,水素でヒドロゲナーゼを活性化すると,H_2Sが.発生することを見出した.これは活性部位の非タンパク質配位子が水素還元によりH_2Sとして遊離したことと,更に,活性中心の配位子のうち少なくともひとつはH_2Sとして遊離するイオウの化合物であることを伺わせる結果であった.
還元型超高分解能結晶構造解析 上記還元反応の生成物(H_2S)が活性部位から遊離した配位子であることを証明するために,ヒドロゲナーゼの水素還元型結晶の低温超高分解能構造解析を試みた.還元型結晶の1.4Åの超高分解能の電子密度図を計算したところ,NiとFeをブリッジしていた単原子配位子が水素還元により活性部位から消えることが分かった.これは,上の酵素化学的データと合わせて,この単原子配位子がイオウの化合物であり,水素還元によって遊離されたことを強く裏付ける結果である.実際,この活性部位のブリッジ配位子以外に還元による大きな構造変化はなかった.活性化で消失するブリッジイオウ配位子は,ごの酵素が不活性な状態の時,これらの金属中心(FeとNi)に余計な配位子が入り込まないようにキャップとしてブロックする機能を持つという新しい説を提案することができた.

Research Products

• [Publications] Y.Higuchi,T.Yagi: "Liberation of hydrogen sulfide during the catalytic action of Desulfovibrio hydrogenase under the atmosphere of hydrogen" Biochem.Biophys.Res.Commun. (in press). (1999)
• [Publications] Y.Higuchi et al.: "Removal of bridging ligand atom at the Ni-Fe active site of hydrogenase upon reduction with H_2,as revealed by X-ray structure analysis at 1.4Å resolution" Structure. (in press). (1999)
• [Publications] S.Misaki,Y.Higuchi et al.: "Structure Determination of Rubredoxin from Desulfovibrio vulgaris Miyazaki F in Two Crystal Forms" Acta Crystallogr.D55. 408-413 (1999)
• [Publications] K.Suto,Y.Higuchi et al.: "Crystallization and preliminary crystallographic studies of FMN-binding protein from Desulfovibrio vulgaris Miyazaki F" Acta Crystallogr.(in press). (1999)
• [Publications] M.Kataoka,Y.Higuchi et al.: "Crystallization and preliminary X-ray diffraction study of lactonohydrolase from Fusarium oxysporum" Acta Crystallogr.D54. 1432-1434 (1998)
• [Publications] N.Shibata,Y.Higuchi et al.: "Basis for Monomer Stabilization in Rhodopseudomonas palustris Cytochrome c'Derived from the Crystal Structure" J.Mol.Biol.284. 751-760 (1999)