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2008 Fiscal Year Annual Research Report

H^+-ATP合成酵素等の機能制御におけるソフトな分子間相互作用

Research Project

Project/Area Number 15083203
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

阿久津 秀雄  Osaka University, 蛋白質研究所, 招聘教授 (60029965)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 藤原 敏道  大阪大学, 蛋白質研究所, 教授 (20242381)
KeywordsH^+-ATP合成酵素 / βサブユニット / 溶液NMR / 区分標識法 / 固体高分解能NMR / 構造解析 / 安定同位体標識 / ソフトな相互作用
Research Abstract

最終年度を迎えて、本研究では好熱菌のH^+-ATP合成酵素F_1(TF_1)βサブユニットを中心に、NMRを用いてソフトな分子間相互作用がF_1の回転を駆動することを明らかにすることができた。ミトコンドリアF_1の結晶構造の触媒部位における水素結合ネットワークを開構造と閉構造で比較すると特徴的な相違がある。PループのLys164の側鎖アミノ基は開構造ではAsp252の側鎖カルボキシル基と水素結合しているが、閉構造ではリン酸基およびGly158のカルボニルと水素結合している。閉構造でAsp252はThr165と水素結合する。そこで、これらのアミノ酸をアラニン置換すると、ATPやADPは結合するがグローバルな構造変化は全く起こさなくなる。さらにこれらの変異βを含むα_3β_3γ複合体も全くATP分解活性を示さなかった。構造変化と活性に必須なLys164, Thr165, Asp252は上述のように水素結合変化で相互に深く関わっている。Asp252がキーとなり、開構造と、閉構造では水素結合のスイッチングが起こっている。ここで、LysとThrで側鎖の長さが異なるため、大きな構造変化となる。このスイッチングを引き起こすのはヌクレオチド結合によるリジン側鎖(Lys164)とリン酸基の水素結合形成である。この構造変化メカニズムはヌクレオチド結合に始まるダイナミックなソフト相互作用といえる。さらに、ADP結合とATP結合では最終段の構造に違いがあり、後者のγ-リン酸はTyr307, Arg256などにより構成されるポケットと相互作用していることが示唆された。この違いは化学シフトの異方性、RDCでも見出された。さらに、RDCで決定された単量体のN末端ドメイン、C末端ドメインの配向角は結晶構造で見出される閉構造の配向角よりも小さく、よりclosedとなっていた。このことは単量体のATP結合構造がF_1における触媒反応活性化構造に近いことを示している。

  • Research Products

    (11 results)

All 2009 2008

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (5 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Stepwise propagation of the ATP-induced conformational change F_1-ATpase B subunit revealed by NMR2009

    • Author(s)
      H. Yagi
    • Journal Title

      J. Biol. Chem 284

      Pages: 2307-2319

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Dynamic inter-subunit interactions in thermophilic F_1-ATPase subcomplexes studied by cross-correlated relaxation-enhanced polarization transfer NMR2008

    • Author(s)
      M. Kobayashi
    • Journal Title

      J. Biomol. NMR 40

      Pages: 165-174

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fluid Mechanical Matching of H^+-ATPsynthase Subunit cRing with Lipid Membranes Revealed by ^2H Solid-State NMR2008

    • Author(s)
      M. Kobayashi
    • Journal Title

      Biophys. J 94

      Pages: 4339-4347

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Strategic role of axial histidines in structure formation and redox regulation of tetraheme cytochrome c32008

    • Author(s)
      Y. Takayama
    • Journal Title

      Biochemistry 47

      Pages: 9405-9415

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A magic-angle-spinning NMR method for ^1H-^1H distance measurement using coherent polarization transfer in ^<13>C-labeled organic solids2008

    • Author(s)
      H. Takahashi
    • Journal Title

      J. Chem.Phys 129

      Pages: 154504,1-12

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Dynamic soft interactions drive H^+-ATP synthase2009

    • Author(s)
      H. Akutsu
    • Organizer
      Symposium on the MESO CONTROL of the cells,by the cells, for the cells
    • Place of Presentation
      Kyoto, Japan
    • Year and Date
      20090127-28
  • [Presentation] Solid-state NMR Measurement of H^+-ATP Synthase Subunit c-Ring Reconstituted into Lipid Bilayers2008

    • Author(s)
      Y. Todokoro
    • Organizer
      International Conference on Magnetic Resonance in Biolodical Systems(ICMRB2008)
    • Place of Presentation
      San Diego, USA
    • Year and Date
      20080824-29
  • [Presentation] Structural analysis of transmembrane halobacterial tranceducer pHtrll by. multi-dimensional high-resolution soild-state NMR2008

    • Author(s)
      A. Egawa
    • Organizer
      The Joint 2^<nd> Pacific Rim "International Conference on Protein Science"
    • Place of Presentation
      Cairns, Australia
    • Year and Date
      20080622-26
  • [Presentation] Molecular Mechanism of the Energy Transduction by H^+-ATP Synthase2008

    • Author(s)
      H. Akutsu
    • Organizer
      Second International Conference on "Theoretical and Applied Biophysics"
    • Place of Presentation
      Ulaanbaatar, Mongolia
    • Year and Date
      2008-06-19
  • [Presentation] Roles of axial ligands in structure formation and redox regulation of tetraheme cytochrome c3 from Desulfovibrio vulgaris Miyazaki F2008

    • Author(s)
      H. Akutsu
    • Organizer
      Korea-Japan Bilateral Symposium on Biological NMR
    • Place of Presentation
      Seoul, Korea
    • Year and Date
      2008-04-25
  • [Book] Structural analysis of membrane systems by solid-state NMR. "Chemistry. Physics, and Biology in Macromolecular Science" ed. T. Sato2008

    • Author(s)
      Y. Todokoro
    • Total Pages
      173-182
    • Publisher
      Osaka University Press

URL: 

Published: 2010-06-11   Modified: 2016-04-21  

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