2017 Fiscal Year Research-status Report
甲殻類における銅蛋白質群の黒変現象への寄与とその反応機構について
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15K07574
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
増田 太郎 京都大学, 農学研究科, 助教 (40395653)
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2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 酵素的褐変 / 黒変 / 食品の劣化 / 甲殻類 / 銅タンパク質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
甲殻類のポストハーベストにおける黒変について、その原因となる分子の候補としてフェノールオキシダーゼとヘモシアニンが挙げられている。両タンパク質は、活性中心に二核の銅原子を有するタイプ3銅タンパク質に分類される類縁タンパク質である。本研究では、食用エビにおける黒変反応の原因分子とその黒変反応への寄与を明らかにするため、クルマエビ、イセエビなどの体液中からフェノールオキシダーゼ活性を指標にタンパク質の精製を行った。その結果、いずれの場合も活性の主体はフェノールオキシダーゼであり、ヘモシアニンからは該当する活性は認められなかった。
本研究の成果から、甲殻類のフェノールオキシダーゼは、血球細胞型と分泌型に分けられ、イセエビでは血球型、クルマエビでは分泌型のフェノールオキシダーゼが体液のフェノールオキシダーゼ活性の主体をなしていることが明らかとなった。これらフェノールオキシダーゼとヘモシアニンは、体液中で６量体構造を形成するなど構造的な共通点が多いことから、これまでの研究において、混同されてきた可能性が高いと考えられる。
甲殻類ヘモシアニンとフェノールオキシダーゼは、極めて類似した構造を有するが、前者に酵素活性は殆どなく、後者は強いフェノールオキシダーゼ活性を有する。この機能的な差異を明らかにするため、申請者は甲殻類ヘモシアニンのX線結晶構造解析を試み、高分解能の回折データを得ることに成功した。今後、既に報告者らが明らかにしているフェノールオキシダーゼのX線結晶構造解析の結果と合わせ、両者の機能的差異の構造的背景に迫る。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究の主な目的である甲殻類黒変現象の原因分子の究明について、食用エビを中心にほぼ達成することが出来た。本研究では、更に原因となるフェノールオキシダーゼのタイプについて詳細に検討することにより、重要な食用エビ類の中で、クルマエビ科に属するものと、イセエビ科に属するものではタイプが異なることを明らかにした。
更に、イセエビ及びクルマエビのヘモシアニンについて、高分解能X線結晶構造解析に成功しており、これらのタイプ3銅タンパク質における機能的分化に関する構造的基盤を確立しつつある。したがって、本研究は当初の計画以上に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究で用いた甲殻類ヘモシアニンは、フェノールオキシダーゼと非常に類似した全体構造と活性中心の構造を有するにもかかわらず、酵素活性を持たない事が明らかとなった。現在、SPring-8放射光施設で得た高分解能X線回折データを用いて、ヘモシアニンの構造解析を進めており、既に明らかにしているフェノールオキシダーゼとの間で、立体構造と活性の類似性と差異について検討を進めている。その結果、両タンパク質の間で、活性中心への基質分子（チロシンなど）のアクセシビリティに違いがある可能が考えられた。今後は、この差異をもたらす部分について、部位特異的変異体を作製し、両タンパク質の構造と機能の相違についてその分子機構を明らかにする。
また、両タンパク質は共に活性中心に二核銅中心を有するタイプ3銅タンパク質であるが、本研究での検討によりこの活性中心形成は自発的には起こらず、何らかの補助因子を必要とする可能性が示唆された。今後は、この金属活性中心形成の補助因子を明らかにすることも目標に加える。
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| Causes of Carryover |
本研究は、当初の研究期間である平成29年度までにほぼ予定通りに推移したが、成果発表、論文発表に掛かる費用が平成30年度精算になる可能性がある。また、当初の予定を超えて進展したヘモシアニンのX線結晶構造解析などから得られた新たな知見があり、この成果を完結するために、平成30年度の支出が必要となった。具体的には、SPring-8放射光施設への旅費等の支出が見込まれる。
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