膜タンパク質の生理分子科学

• Project Area: Molecular Science for Supra Functional Systems ? Development of Advanced Methods for Exploring Elementary Process
• Project/Area Number: 22018026
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: University of Hyogo
• Principal Investigator: 小倉 尚志 兵庫県立大学, 大学院・生命理学研究科, 教授 (70183770)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥4,000,000 (Direct Cost: ¥4,000,000); Fiscal Year 2011: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000); Fiscal Year 2010: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
• Keywords: 生体エネルギー変換 / チトクロムc酸化酵素 / 電子伝達 / プロトンポンプ / 共鳴ラマン / ミトコンドリア / 呼吸調節 / リン脂質小胞 / 酸化的リン酸化 / 酸素活性化

Research Abstract

ミトコンドリア内膜の呼吸鎖電子伝達系では呼吸基質から遊離した電子が伝達され、それと共役したプロトンポンプが働く。そして膜電位(ΔΨ)とプロトン濃度勾配(ΔpH)からなるプロトン駆動力(Δμ_H+)が生成する。電子伝達速度はΔμ_H+により制御されることが知られており、呼吸調節と呼ばれている。このしくみを分子構造に基づいて説明するために、可溶化チトクロムo酸化酵素(CcO)をリン脂質二重膜小胞に再構成したCOVをモデル系として用いた。色素ローダミンを用いてΔΨをプローブし、ΔΨ存在下と非存在下の共鳴ラマンスペクトルを比較したところ、ほとんど差が認められなかった。一方、Δμ_H+存在下と非存在化では共鳴ラマンスペクトルに差が認められたため、構造変化を引き起こすのはΔpHであることが示唆された。pH指示薬であるパィラニンを用いた実験ではCOV外液のpH変化は認められなかったため、ヘムの構造変化を引き起こしているのはCOV内部のアルカリ化であることが示唆された。紫外共鳴ラマン分光法によるCOVの構造解析の準備としてCcOの紫外共鳴ラマンスペクトル(励起波長:229nm)を測定する条件を決定した。また、COV中のP中間体を調べる準備として紫外ラマン用石英試料管(セル)中でCcOのP中間体を調製する条件を決定した。
CO結合型CcOのCOを光解離した後のヘムおよびその近傍の構造変化を時間分解可視共鳴ラマン分光法で調べた。2つのヘムの協同的構造変化を検出するとともにCO結合型や平衡状態還元型とは異なる中間的コンフォメーションの存在が明らがにした。同様の実験をプローブ光を赤外として行った。CO光解離後の遅延時間50ns以内にアミドIバンドが変化し、その変化は2μsの時定数で消失した。この変化はプロトンゲートの開閉を反映している可能性が高い。

Research Products

• [Journal Article] An intermediate conformational state during ligand binding to cytochrome c oxidase detected by time-resolved resonance Raman analyses of heme peripheral groups (2012)
  • Author(s): Izumi Ishigami, Takeshi Nishigaki, Kyoko Shinzawa-Itoh, Shinya Yoshikawa, Satoru Nakashima and Takashi Ogura
  • Journal Title: Chem. Lett. Volume: 2 Issue: 2 Pages: 178-180
  • DOI: 10.1246/cl.2012.178
  • NAID: 130004426495
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] T-quaternary structure of oxy human adult hemoglobin in the presence of two allosteric effectors, L35 and IHP (2011)
  • Author(s): Kenji Kanaori, Yusuke Tajiri, Antonio Tsuneshige, Izumi Ishigami, Takashi Ogura, Kunihiko Tajima, Saburo Neya and Takashi Yonetani
  • Journal Title: Biochim. Biophys. Acta-Bioenergetics Volume: 1807 Issue: 10 Pages: 1253-1261
  • DOI: 10.1016/j.bbabio.2011.06.004
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Post-Translational His-Cys Cross-Linkage Formation in Tyrosinase Induced by Copper(II)-Peroxo Species (2011)
  • Author(s): Nobutaka Fujieda, Takuya Ikeda, Michiaki Murata, Sachiko Yanagisawa, Shigetoshi Aono, Kei Ohkubo, Satoshi Nagao, Takashi Ogura, Shun Hirota, Shunichi Fukuzumi, Yukihiro Nakamura, Yoji Hata, Shinobu Itoh
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 133 Issue: 5 Pages: 1180-1183
  • DOI: 10.1021/ja108280w
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Resonance Raman study on the oxygenated and the ferryl-oxo species of indoleamine 2, 3-dioxygenase during catalytic turnover (2011)
  • Author(s): Sachiko Yanagisawa, Masaki Horitani, Hiroshi Sugimoto, Yoshitsugu Shiro, Norihiro Okada, and Takashi Ogura
  • Journal Title: Faraday Disc Volume: 148 Pages: 239-247
  • DOI: 10.1039/c004552g
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spectroscopic and computational characterization of Cu^<II>-OOR (R=H or cumyl) complexes bearing a Me_6-tren ligand (2011)
  • Author(s): Yu Jin Choi, et al.
  • Journal Title: Dalton Trans. Volume: 40 Pages: 2234-2241
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Post-translational His-Cys Cross Linkage Formation in Tyrosinase Induced by Copper(II)-Peroxo Species (2011)
  • Author(s): Nobutaka Fujieda, et al.
  • Journal Title: J.Am.Chem.Soc. Volume: 133 Pages: 1180-1183
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Resonance Raman study on the oxygenated and the ferryl-oxospecies of indoleamine 2, 3-dioxygenase during catalytic turnover (2011)
  • Author(s): Sachiko Yanagisawa, et al.
  • Journal Title: Faraday Disc. Volume: 148 Pages: 239-247
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Important Roles of Tyr43 at the Putative Heme Distal Side in Oxygen Recognition and Stability of the Fe(II)-O_2 Complex of YddV, a Globin-coupled Heme-based Oxygen Sensor Diguanylate Cyclase (2010)
  • Author(s): Kenichi Kitanishi, et al.
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 49 Pages: 10381-10393
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Specific Interaction of L-Tryptophan with CO of CO-Bound Indoleamine 2,3-Dioxygenase Identified by Resonance Raman Spectroscopy (2010)
  • Author(s): Sachiko Yanagisawa, et al.
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 49 Pages: 10081-10088
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis, Structural and Spectroscopic Characterization, and Reactivities of Mononuclear Cobalt(III)-Peroxo Complexes (2010)
  • Author(s): Jaeheung Cho, et al.
  • Journal Title: J.Am.Chem.Soc. Volume: 132 Pages: 16977-16986
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Low-Spin Ruthenium(IV)-Oxido Complex : Does the Spin State Have an Impact on the Reactivity? (2010)
  • Author(s): Takahiko Kojima, et al.
  • Journal Title: Angew.Chem.Int.Ed. Volume: 49 Pages: 8449-8453
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reversible O-O Bond Cleavage and Formation between Mn(IV)-Peroxo and Mn(V)-Oxo Corroles (2010)
  • Author(s): Sun Hee Kim, et al.
  • Journal Title: J.Am.Chem.Soc. Volume: 132 Pages: 14030-14032
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cell-free synthesis of cytochrome c oxidase, a multicomponent membrane protein (2010)
  • Author(s): Yukie Katayama, et al.
  • Journal Title: J.Bioener.and Biomemb. Volume: 42 Pages: 235-240
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nickel(II) Complexes of tpa Ligands with 6-Phenyl Substituents (Phntpa). Structure and H_2O_2-Reactivity (2010)
  • Author(s): T.Tano, et al.
  • Journal Title: Bull.Chem.Soc.Jpn. Volume: 83 Pages: 530-538
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A square-planar Ni(II) complex with an N_2S_2 donor set similar to the active centre of nickel-containing superoxide dismutase and its reaction with superoxide (2010)
  • Author(s): D.Nakane, et al.
  • Journal Title: Chem.Commun. Volume: 46 Pages: 2142-2144
  • Peer Reviewed
• [Presentation] チトクロムc酸化酵素におけるヘムα側鎖ヒドロキシファルネシルエチル基の共鳴ラマン線の帰属 (2012)
  • Author(s): 坂口美幸, 他
  • Organizer: 日本化学会第92春季年会
  • Place of Presentation: 慶応大学、神奈川県
  • Year and Date: 2012-03-27
• [Presentation] フェムト秒レーザーを用いた高感度時間分解赤外分光装置の開発と蛋白質水溶液への応用 (2011)
  • Author(s): 久保稔, 他
  • Organizer: 日本分光学会年次講演会
  • Place of Presentation: 理化学研究所、神奈川県
  • Year and Date: 2011-12-02
• [Presentation] Protein Dynamics of and Reaction Mechanism of Cytochrome c Oxidase as Studied with Resonance Raman Spectroscopy (2011)
  • Author(s): Izumi Ishigami, et al
  • Organizer: The 3rd Asian Spectroscopy Conference
  • Place of Presentation: Xiamen University, China
  • Year and Date: 2011-11-30
• [Presentation] Microsecond Protein Dynamics of Cytochrome c Oxidase as Studied with Resonance Raman Spectroscopy (2011)
  • Author(s): Takashi Ogura, et al
  • Organizer: The 3rd Asian Spectroscopy Conference
  • Place of Presentation: Xiamen University, China(招待講演)
  • Year and Date: 2011-11-29
• [Presentation] 水溶液中のタンパク質の高感度時間分解赤外分光測定 (2011)
  • Author(s): 久保稔, 他
  • Organizer: 第5回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター、北海道
  • Year and Date: 2011-09-20
• [Presentation] Structural analysis of FMN and iron-sulfur clusters of bovine heart NADH-ubiauinone oxidoreductase by resonance Raman spectroscopy (2011)
  • Author(s): Masahide Hikita, et al
  • Organizer: 第49回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 兵庫県立大学、兵庫県
  • Year and Date: 2011-09-18
• [Presentation] ヘム鉄の電子密度がミオグロビンの自動酸化反応に与える影響の解明 (2011)
  • Author(s): 西村龍, 他
  • Organizer: 錯体化学会第61回討論会
  • Place of Presentation: 岡山理科大学、岡山県
  • Year and Date: 2011-09-18
• [Presentation] Resonance Raman Study on Cytochrome c Oxidase Reconstituted in Phospholipid Vesicles (2011)
  • Author(s): Takashi Nomura, et al
  • Organizer: 第49回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 兵庫県立大学、兵庫県
  • Year and Date: 2011-09-17
• [Presentation] Protein Dynamics and Reaction Mechanism of Cytochrome c Oxidase : Resonance Raman Spectroscopy (2011)
  • Author(s): Izumi Ishigami, et al
  • Organizer: 第49回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 兵庫県立大学、兵庫県
  • Year and Date: 2011-09-17
• [Presentation] The chemical nature of the ligand at the oxygen reduction site of the resting oxidized cytochrome c oxidase (2011)
  • Author(s): Miyuki Sakaguchi, et al
  • Organizer: 第49回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 兵庫県立大学、兵庫県
  • Year and Date: 2011-09-17
• [Presentation] Protein Dynamics of Cytochrome c Oxidase upon CN^- Photolysis as Studied with Resonance Raman Spectroscopy (2011)
  • Author(s): Takeshi Nishigaki, et al
  • Organizer: 第49回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 兵庫県立大学、兵庫県
  • Year and Date: 2011-09-17
• [Presentation] Resonance Raman study on the ferryl oxo hemes with imidazole as axilal ligand having a bulky substituent (2011)
  • Author(s): Hirohito Ishimaru, et al
  • Organizer: 第49回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 兵庫県立大学、兵庫県
  • Year and Date: 2011-09-17
• [Presentation] Resonance Raman Study on Ligand-Bound Forms of Indoleamine 2,3-Dioxygenase (2011)
  • Author(s): Masayuki Hara, et al
  • Organizer: 第49回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 兵庫県立大学、兵庫県
  • Year and Date: 2011-09-16
• [Presentation] Resonance Raman Study on CO-bound Indoleamine 2,3-Dioxygenase with Tryptophan (2011)
  • Author(s): Sachiko Yanagisawa, et al
  • Organizer: 第49回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 兵庫県立大学、兵庫県
  • Year and Date: 2011-09-16
• [Presentation] 共鳴ラマン分光法によるウシ心筋NADH-ユビキノン酸化還元酵素のFMNとFe-Sクラスターの構造解析 (2011)
  • Author(s): 引田理英, 他
  • Organizer: 第38回生体分子科学討論会
  • Place of Presentation: 筑波大学、茨城県
  • Year and Date: 2011-06-24
• [Presentation] 共鳴ラマン分光法によるインドールアミン2,3ジオキシゲナーゼの光学異性依存的基質相互作用の検出 (2011)
  • Author(s): 柳澤幸子, 他
  • Organizer: 第38回生体分子科学討論会
  • Place of Presentation: 筑波大学、茨城県
  • Year and Date: 2011-06-24
• [Presentation] チトクロム酸化酵素のリガンド解離構造ダイナミクス:新規高精度時間分解赤外分光装置を用いた追跡 (2011)
  • Author(s): 中島聡, 他
  • Organizer: 第38回生体分子科学討論会
  • Place of Presentation: 筑波大学、茨城県
  • Year and Date: 2011-06-24
• [Presentation] CO光解離をトリガーとしたチトクロムc酸化酵素の構造ダイナミクスの追跡 (2011)
  • Author(s): 石上泉, 他
  • Organizer: 第38回生体分子科学討論会
  • Place of Presentation: 筑波大学、茨城県
  • Year and Date: 2011-06-24
• [Presentation] ミオグロビンの機能調節機構の解明 (2011)
  • Author(s): 西村龍, 他
  • Organizer: 第38回生体分子科学討論会
  • Place of Presentation: 筑波大学、茨城県
  • Year and Date: 2011-06-23
• [Presentation] Resonance Raman study on CO-bound indoleamine 2,3-dioxygenase (2011)
  • Author(s): Takashi Ogura
  • Organizer: The 3rd Georgian Bay International Conference on Bioinorganic Chemistry
  • Place of Presentation: Stockey Centre, Parry Sound, Ontario, Canada(招待講演)
  • Year and Date: 2011-06-01
• [Presentation] ヘム鉄の電子密度の変化を通したミオグロビンの機能調節機構の解明 (2011)
  • Author(s): 西村龍, その他
  • Organizer: 日本化学会第91春季年会
  • Place of Presentation: 神奈川大学(神奈川県)
  • Year and Date: 2011-03-29
• [Presentation] CuA近傍のアミノ酸残基へ部位特異的変異導入をしたチロシナーゼにおけるペルオキソ活性酸素種の特性評価 (2011)
  • Author(s): 藤枝伸宇, その他
  • Organizer: 日本化学会第91春季年会
  • Place of Presentation: 神奈川大学(神奈川県)
  • Year and Date: 2011-03-29
• [Presentation] CuB近傍のアミノ酸残基へ部位特異的変異を導入したチロシナーゼにおけるペルオキソ活性酸素種の特性評価 (2011)
  • Author(s): 藪田真太郎, その他
  • Organizer: 日本化学会第91春季年会
  • Place of Presentation: 神奈川大学(神奈川県)
  • Year and Date: 2011-03-29
• [Presentation] 単核ルテニウムヘテロポリタングステン酸錯体を触媒とする水の酸化反応機構 (2011)
  • Author(s): 村上将人, その他
  • Organizer: 日本化学会第91春季年会
  • Place of Presentation: 神奈川大学(神奈川県)
  • Year and Date: 2011-03-27
• [Presentation] 時間分解共鳴ラマン分光法によるCO光解離後のチトクロムc酸化酵素の構造緩和過程の追跡 (2011)
  • Author(s): 石上泉, その他
  • Organizer: 日本化学会第91春季年会
  • Place of Presentation: 神奈川大学(神奈川県)
  • Year and Date: 2011-03-27
• [Presentation] リン脂質小胞に再構成したチトクロムc酸化酵素の共鳴ラマン分光 (2011)
  • Author(s): 野村高志, その他
  • Organizer: 日本化学会第91春季年会
  • Place of Presentation: 神奈川大学(神奈川県)
  • Year and Date: 2011-03-27
• [Presentation] 高酸化型鉄ポルフィリンの共鳴ラマンスペクトル:軸配位子の陰性度及び2位の嵩高さがFe=O伸縮振動に及ぼす影響 (2011)
  • Author(s): 石丸裕士, その他
  • Organizer: 日本化学会第91春季年会
  • Place of Presentation: 神奈川大学(神奈川県)
  • Year and Date: 2011-03-27
• [Presentation] CO結合型インドールアミン2,3ジオキシゲナーゼへのTrpの光学異性体依存的相互作用の検出:共鳴ラマン分光法 (2011)
  • Author(s): 柳澤幸子, その他
  • Organizer: 日本化学会第91春季年会
  • Place of Presentation: 神奈川大学(神奈川県)
  • Year and Date: 2011-03-27
• [Presentation] 単核銅(II)アルキルペルオキソ錯体の性質に及ぼす配位子の効果 (2011)
  • Author(s): 太農哲朗, その他
  • Organizer: 日本化学会第91春季年会
  • Place of Presentation: 神奈川大学(神奈川県)
  • Year and Date: 2011-03-26
• [Presentation] Resonance Raman study on the oxygenated and the ferryl-oxo species of indoleamine 2, 3-dioxygenase during catalytic turnover (2010)
  • Author(s): Takashi Ogura, et al.
  • Organizer: Faraday Discussions 148, Spectroscopy, Theory and Mechanisms in Bioinorganic Chemistry
  • Place of Presentation: University of Nottingham (UK)
  • Year and Date: 2010-07-06
• [Presentation] インドールアミンジオキシゲナーゼの共鳴ラマンスペクトル (2010)
  • Author(s): 柳澤幸子, その他
  • Organizer: 第37回生体分子科学討論会
  • Place of Presentation: 山口大学(山口県)
  • Year and Date: 2010-06-19
• [Presentation] Distinct binding geometries of CO to L-Trp-and D-Trp-bound indoleamine 2, 3-dioxygenase as probed with resonance Raman spectroscopy (2010)
  • Author(s): Sachiko Yanagisawa, et al.
  • Organizer: Faraday Discussions 148, Spectroscopy, Theory and Mechanisms in Bioinorganic Chemistry
  • Place of Presentation: University of Nottingham (UK)
• [Presentation] Resonance Raman Identification of a Fe^<IV>=O Type Reaction Intermediate During Indoleamine 2, 3-Dioxygenase Reaction (2010)
  • Author(s): Takashi Ogura, et al.
  • Organizer: The XXII^<th> International Conference on Raman Spectroscopy
  • Place of Presentation: Boston Park Plaza Hotel (USA)
• [Presentation] 高輝度フェムト秒レーザーを用いた時間分解赤外分光装置の開発 (2010)
  • Author(s): 久保稔, その他
  • Organizer: 分子科学討論会2010
  • Place of Presentation: 大阪大学(大阪府)
• [Presentation] ペルオキシダーゼ反応中間体モデル錯体の共鳴ラマンスペクトル (2010)
  • Author(s): 石丸裕士, その他
  • Organizer: 第60回錯体化学討論会
  • Place of Presentation: 大阪国際交流センター(大阪府)
• [Presentation] Femtosecond-Laser-Based Highly-Sensitive Time-Resolved IR Spectrometer for Studying Enzyme Reactions under Physiological Conditions (2010)
  • Author(s): Minoru Kubo, et al.
  • Organizer: 第48回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城県)
• [Presentation] Resonance Raman study on the oxygenated and the ferryl-oxo species of indoleamine 2, 3-dioxygenase (2010)
  • Author(s): Sachiko Yanagisawa, et al.
  • Organizer: 第48回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城県)
• [Presentation] Interaction between Substrate and Dioxygen in the Enzyme/Substrate/Dioxygen Ternary Complex of Indoleamine Dioxygenase as Probed with Resonance Raman Spectroscopy (2010)
  • Author(s): Takashi Ogura, et al.
  • Organizer: 第48回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城県)
• [Presentation] Resonance Raman Evidence for Heme-heme interaction in Cytochrome c Oxidase (2010)
  • Author(s): Miyuki Sakaguchi, et al.
  • Organizer: 第48回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城県)
• [Presentation] Structural Analysis of Transcriptional Factor NPAS2 by Resonance Raman Spectroscopy (2010)
  • Author(s): Yuko Misumi, et al.
  • Organizer: 第48回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城県)
• [Presentation] Structural Relaxation of Cytochrome c Oxidase after CO photolysis : Assignment of a Heme Peripheral Raman Mode (2010)
  • Author(s): Izumi Ishigami, et al.
  • Organizer: 第48回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城県)
• [Presentation] インドールアミンジオキシゲナーゼの反応中間体活性部位の構造解析:共鳴ラマン分光法 (2010)
  • Author(s): 小倉尚志
  • Organizer: 大阪大学蛋白質研究所セミナー:蛋白質の機能-構造相関解明のための精密構造解析とその方法～水素原子から細胞まで～
  • Place of Presentation: 大阪大学(大阪府)
• [Remarks]
  • URL: http://www.sci.u-hyogo.ac.jp/
• [Remarks]
  • URL: http://www.sci.u-hyogo.ac.jp/life/biophys2/MolBiophys_II_main/home_j.html