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2015 Fiscal Year Annual Research Report

電気化学高速AFMと構造解析を用いた新規キノヘモプロテインの電子移動機構の解析

Research Project

Project/Area Number 14J08641
Research InstitutionTokyo University of Agriculture and Technology

Principal Investigator

武田 康太  東京農工大学, 大学院工学研究院, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2014-04-25 – 2016-03-31
Keywords酸化還元タンパク質 / ピロロキノリンキノン / ヘム / セロビース脱水素酵素 / 糖質関連酵素 / 生物電気化学 / 電子移動 / 高速AFM
Outline of Annual Research Achievements

真核生物由来で初のピロロキノリンキノン(PQQ)酵素である担子菌Coprinopsis cinerea由来ピラノース脱水素酵素(CcPDH)は、新規PQQドメインに加えて、シトクロムドメインとセルロース結合性ドメインを有した、構造的に特徴のある菌体外酸化還元酵素である。
全長酵素及び、各ドメインをそれぞれ切り離した組換え体を用いてその酵素学的性質を明らかとした。特徴的な性質として、逆いす形配座の立体配置をとる単糖に対して認識すること、セロビオース脱水素酵素のヘムドメインと類似した性質を有していること、さらにセルロースへの強い吸着能があることがわかった。各ドメインで至適pHが異なることを見出し、全体の電子伝達反応のなかで、分子内電子移動が反応の律速となっており、pHに依存していることが示唆された。電気化学測定により酵素内のPQQとヘムの酸化還元電位を決定することに成功し、本酵素の分子内電子移動機構が電位差によって制御されていることを示唆する結果を得た。
全長およびPQQドメインのみからなるタンパク質を、種々の電極上に固定化し直接電子移動型の酵素電極反応に関する知見を得た。PQQドメインのみで直接電子移動反応が可能であることを新たに見出した。タンパク質内に結合したPQQの酸化還元に由来するピーク波を観測することができ、PQQ酵素でこのような電極間と効率的な直接電子移動反応が観察された例は初めてである。
明らかにしたシトクロムドメインの構造解析を基に、変異体を作製して調べたところ、ヘム周辺の表面電荷がpHに依存したドメイン間の電子移動反応に関与することがわかり、変異によりpH依存性が変化する結果が得られたことは大変興味深い。金沢大との共同研究を遂行し、電気化学計測と高速原子間力顕微鏡(HS-AFM)の同時測定が可能な電気化学HS-AFM装置の構築をした。本手法により、酸化還元反応に伴うタンパク質一分子の動的挙動を直接観察が可能となる。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (8 results)

All 2015

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Multi-enzyme anode composed of FAD-dependent and NAD-dependent enzymes with a single ruthenium polymer mediator for biofuel cells2015

    • Author(s)
      R. Sakuta, K. Takeda, T. Ishida, K. Igarashi, M. Samejima, N. Nakamura, H. Ohno
    • Journal Title

      Electrochemistry Communications

      Volume: 56 Pages: 75-78

    • DOI

      10.1016/j.elecom.2015.04.013

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Direct bioelectrocatalysis of PQQ-dependent pyranose dehydrogenase adsorbed on a glassy carbon electrode at various pH levels2015

    • Author(s)
      K. Takeda, H. Matsumura, T. Ishida, M. Yoshida, K. Igarashi, M.Samejima, N. Nakamura, H. Ohno
    • Organizer
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015 (Pacifichem 2015)
    • Place of Presentation
      Honolulu, Hawaii, USA
    • Year and Date
      2015-12-15 – 2015-12-20
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Direct electron transfer of a PQQ domain of pyranose dehydrogenase on Au electrodes2015

    • Author(s)
      R. Kusuoka, K. Takeda, K. Igarashi, M. Samejima, N. Nakamura, and H. Ohno
    • Organizer
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015 (Pacifichem 2015)
    • Place of Presentation
      Honolulu, Hawaii, USA
    • Year and Date
      2015-12-15 – 2015-12-20
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] PQQ依存性酵素を用いたガラクツロン酸酸化触媒によるガラクタロ-1,4-ラクトン生成2015

    • Author(s)
      作田陸、武田康太、大野弘幸、中村暢文
    • Organizer
      第48回酸化反応討論会
    • Place of Presentation
      同志社大学寒梅館(京都府京都市上京区)
    • Year and Date
      2015-10-23 – 2015-10-24
  • [Presentation] 担子菌から発見されたPQQ依存性ピラノース脱水素酵素の機能解析2015

    • Author(s)
      武田康太、松村洋寿、吉田誠、五十嵐圭日子、鮫島正浩、大野弘幸、中村暢文
    • Organizer
      第9回バイオ関連化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      熊本大学工学部 黒髪南地区キャンパス(熊本県熊本市中央区)
    • Year and Date
      2015-09-10 – 2015-09-12
  • [Presentation] 自己組織化単分子膜修飾電極上に固定したピロロキノリンキノンの電気化学的応答に金属イオンが与える影響2015

    • Author(s)
      楠岡諒、武田康太、大野弘幸、中村暢文
    • Organizer
      第9回バイオ関連化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      熊本大学工学部 黒髪南地区キャンパス(熊本県熊本市中央区)
    • Year and Date
      2015-09-10 – 2015-09-12
  • [Presentation] 自己組織化単分子膜がPQQ依存性ピラノース脱水素酵素の電子移動反応に与える影響2015

    • Author(s)
      上村岳久、武田康太、五十嵐圭日子、鮫島正浩、大野弘幸、中村暢文
    • Organizer
      第9回バイオ関連化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      熊本大学工学部 黒髪南地区キャンパス(熊本県熊本市中央区)
    • Year and Date
      2015-09-10 – 2015-09-12
  • [Presentation] Real-time dynamic adsorption processes of cytochrome c on an electrode obseved through electrochemical high-speed atomic force microscopy2015

    • Author(s)
      K. Takeda, T. Uchihashi, H. Watanabe, T. Ishida, K. Igarashi, N. Nakamura and H. Ohno
    • Organizer
      The 1st TUAT-NCTU Joint Colloquium on Interdisciplinary Photon-nano Science
    • Place of Presentation
      八王子セミナーハウス(東京都八王子市)
    • Year and Date
      2015-07-13
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2016-12-27  

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