Elucidation of the reaction mechanism of cytochrome c oxidase by simultaneous time-resolved X-ray diffraction analysis and X-ray emission spectroscopy

• Project/Area Number: 24K01989
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43040:Biophysics-related
• Research Institution: Gifu University
• Principal Investigator: 島田 敦広 岐阜大学, 応用生物科学部, 准教授 (80723874)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中根 崇智 大阪大学, 蛋白質研究所, 特任准教授(常勤) (50794905) ; 片山 哲夫 公益財団法人高輝度光科学研究センター, XFEL利用研究推進室, 主幹研究員 (90648073)
• Project Period (FY): 2024-04-01 – 2028-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000); Fiscal Year 2027: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2026: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2025: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2024: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
• Keywords: 膜タンパク質複合体 / 金属タンパク質 / 電子伝達 / X線発光分光 / 時分割X線結晶構造解析

Outline of Research at the Start

シトクロム酸化酵素（CcO）は電子と水素イオンにを利用して酸素を水に還元する。CcOはこの反応で得られるエネルギーを利用して水素イオンを能動輸送し、生体エネルギーの生産に必要な水素イオン濃度勾配を形成する。CcOは4つの金属イオンを含み、これら4つの金属イオンを介して酸素へ電子を供給するが、金属イオンの電子状態変化と水素イオンの輸送機構の関係は未解明である。本研究ではCcOの反応機構を解明するために、CcOの反応過程での金属イオンの電子状態変化とタンパク質の構造変化を高輝度X線自由電子レーザーを用いて捉えることで、生体エネルギー生産機構の解明に資する知見を得る。