〔NiFe〕ヒドロゲナーゼにおける水素活性化機構の構造化学的研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12680654
• 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)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 廣田 俊 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 助手 (90283457)
• Keywords: [NiFe]ヒドロゲナーゼ / CO結合型ヒドロゲナーゼ / 水素代謝機構 / 低温結晶学 / 準動的X線結晶構造解析 / 超高分解能X線解析

Research Abstract

今年度は,[NiFe]ヒドロゲナーゼの活性部位に結合するとCO分子の結合遊離の過程は可視光の照射によって制御し,それをX線結晶学的に確認することを目標とした.昨年度ひとつのCO結合型[NlFe]ヒドロゲナーゼの立体構造を解明し,CO分子とCys546の間に何かの原子種がトラップされていることを見出した.これにより,このCys546の重要性が示唆された.昨年度以降3つのCO結合型[NiFe]ヒドロゲナーゼ結晶(A, B, C)において様々な条件「光・結晶周りのガス雰囲気」で回折データを測定し(100K),CO分子の結合・遊離の構造変化を準動的超精密X線結晶解析法(1.1-1.2Å分解能)により解析した.その結果,阻害剤・CO分子はFe原子ではなく,Ni原子に結合することが分り,またその結合の様式は,ヘムタンパク質等で見いだされている「直線配位型」ではなく,「曲がった配位型」であることを3つの全ての結晶について確認した.さらに水素結合型と遊離型の結晶回折データから計算した差の電子密度図(Fo-Foマップ)によるとCO分子の結合と遊離の過程でNi原子とひとつのシステイン(Cys546)S原子の電子密度分布が大きく変化していることが分った.Fe原子およびその2原子分子配位子の電子密度はほとんど変化していなかった.これらのことから分子状水素の解離にはNiとこのCys546のS原子が大きく関与していることを明らかにした.

Research Products

• [Publications] M.Fujihashi: "Crystal structure of cis-prenyl chain elongating enzyme, undecaprenyl diphosphate synthase"Pro. Natl. Acad. Sci.. 98. 4337-4342 (2001)
• [Publications] 樋口芳樹: "ヒドロゲナーゼのX線結晶解析"日本結晶学会誌. 43. 227-233 (2001)
• [Publications] 樋口芳樹: "水素の物性・反応の機能性化と応用"生体反応・ヒドロゲナーゼ. 154-182 (2001)