末端酸化酵素選択的抗菌剤の開発と基質酸化機構の生化学的解析

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07558221
• Research Category: Grant-in-Aid for Developmental Scientific Research (B)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 茂木 立志 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (90219965)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 長村 俊彦 (株)ユニソク, 科学機器開発研究所, 所長 ; 三芳 秀人 京都大学, 農学部, 助教授 (20190829)
• Keywords: 抗菌剤 / 末端酸化酵素 / キノンアナログ / 基質酸化機構 / 大腸菌 / 活性評価システム / 置換フェノール / カプサイシン

Research Abstract

1)新規の末端酸化酵素選択的抗菌剤を開発・スクリーニングするために、ユビキノン、アンチマイシンおよびカプサイシン誘導体の系統的合成を行った。2)阻害剤作用部位の分子構造を解明するために、bo型ユビキノール酸化酵素のみを発現する大腸菌株を用いてベンゾキノンおよび置換フェノールの耐性変異株を取得し、阻害スペクトルを明らかにするとともに変異部位がサブユニット2の膜貫通領域近傍に存在することを示す予備的な結果を得た。3)大腸菌bo型ユビキノール酸化酵素の高親和性基質結合部位(Q_H)が2電子還元を受け、また、セミキノンラジカルを安定化できることを明らかにし、基質酸化部位から低スピンヘムへbヘの電子移動を媒介できることを示した。4)活性評価システムを用いて、野生型酵素、Q_H部位欠失酵素、および金属中心欠失酵素における反応機構を解析し、Q_H部位が分子内電子移動に必須であることを示した。5)ユビキノンおよびアンチマイシン誘導体を用いて、大腸菌チトクロムbo型ユビキノール酸化酵素およびbd型ユビキノール酸化酵素の基質結合部位の構造活性相関研究を行い、また、抗菌活性を持つことを見い出した。6)ユビキノン誘導体およびカプサイシン誘導体を用いて、大腸菌グルコース脱水素酵素とウシ心筋NADH脱水素酵素のキノン還元部位の構造特性の差異を明らかにした。7)プロトンポンプ能を持つウシ心筋、ジャガイモおよび大腸菌のNADH脱水素酵素とポンプ能の無いNADH脱水素酵素を用いて、カプサイシン誘導体の阻害活性を検討した。

Research Products

• [Publications] M. Sato-Watanabe: "Stabilization of a semiquinone radical at the high affinity quinone binding site of the Escherichia coil bo-type ubiquinol oxidase." FEBS Lett.374. 265-269 (1995)
• [Publications] Y. Orii: "Facilitated intramolecular electron transfer in the Escherichia coli bo-type ubiquinol oxidase requires chloride" Biochemistry. 34. 1127-1132 (1995)
• [Publications] T. Mogi: "CuB promotes both binding and reduction of dioxygen at the heme-copper binuclear center in the Escherichia coli bo-type ubiquinol oxidase." FEBS Lett.370. 259-263 (1995)
• [Publications] S. Hirota: "Resonance Raman study on axial ligands of heme irons in cytochrome bd-type ubiquinol oxidase from Escherichia coli" Biospectroscopy. 1. 305-311 (1995)
• [Publications] M. Tsubaki: "Cyanide-binding site of bd-type ubiquinol oxidase from Escherichia coli." J. Biol. Chem.270. 28565-28569 (1995)
• [Publications] M. Tsubaki: "FT-IR and EPR studies on cyanide-bindings to the heme-copper binuclear center of cytochrome bo-type ubiquinol oxidase from Escherichia coli:Release of CuB-cyano complex in the partially reduced states." J. Biol. Chem.
• [Publications] K. Denda: "Characterization of chimeric heme-copper respiratory oxidases using subunits I of Escherichia coli cytochrome bo and Halobacterium salinarium cytochrome aa_3." Biochem. Biophys. Res. Commun.217. 428-436 (1995)
• [Publications] 茂木立志: "大腸菌チトクロムbo型ユビキノール酸化酵素の構造と分子生理学" 生化学. 67. 93-107 (1995)
• [Publications] K. Sakamoto: "Comparison of the structural features of ubiquinone reduction sites between glucose dehydrogenase in Escherichia coli and bovine heart mitochondrial complex I." Eur. J. Biochem. (印刷中). (1996)
• [Publications] T. Saitoh: "Comparison of the inhibitory action of synthetic capsicin analogues with various NADH-ubiquinone oxidoreductases." Biochim. Biophys. Acta. (印刷中). (1995)
• [Publications] H. Miyoshi: "A model of antimycin A binding based on structure-activity studies of synthetic antimycin A analogues." Biochim. Biophys. Acta. 1229. 149-154 (1995)
• [Publications] 三芳秀人: "阻害剤から見た呼吸鎖電子伝達機構" 化学と生物. 33. 151-158 (1995)