2017 Fiscal Year Research-status Report
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16K21748
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
緒方 英明 北海道大学, 低温科学研究所, 特任准教授
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| Project Period (FY) |
2017 – 2019
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| Keywords | 金属酵素 / 生物無機化学 / タンパク質 / 分光学 / 構造生物学 / ヒドロゲナーゼ / 酵素反応 / 水素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
[FeFe]ヒドロゲナーゼは水素を合成・分解する反応を触媒する金属酵素である。本研究では超好熱菌Thermotoga maritima由来の2種類の[FeFe]ヒドロゲナーゼの反応機構を明らかにすることが目的である。本年度は、調節性[FeFe]ヒドロゲナーゼHydSの分光学的解析を中心に行った。HydSを大腸菌により大量発現し、アフィニティークロマトグラフィーにより精製アポ酵素を得ることができた。2核鉄錯体を用いることで人工的に成熟化させることに成功し活性測定を行ったところ調節性[FeFe]ヒドロゲナーゼでは触媒型[FeFe]ヒドロゲナーゼより非常に低い活性であることが分かった。電気化学的赤外分光法により3つの酸化還元状態を取ることが分かった。もっとも酸化された状態では、活性中心はFe(I)Fe(II)と2価の鉄硫黄クラスターである。1電子還元されると先に2核鉄錯体が還元され、さらに1電子還元されると鉄硫黄クラスターが還元されることが分かった。これらは触媒型ヒドロゲナーゼの反応機構と異なっており、活性中心近傍のアミノ酸の立体構造環境が違うため反応機構が異なると示唆された。また、電子伝達分岐型[FeFe]ヒドロゲナーゼも同様にアポ酵素を大腸菌により大量発現し、人工的に成熟化させることに成功した。電子伝達分岐型[FeFe]ヒドロゲナーゼの水素生成活性は調節性ヒドロゲナーゼと比較して非常に高いことが示された。本研究で明らかとなった知見はヒドロゲナーゼを模した化学錯体の設計に重要な指針を与える。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、調節性[FeFe]ヒドロゲナーゼの人工的成熟化に成功し、活性を持つホロ酵素を得ることができた。このホロ酵素の水素生成・分解の活性を測定し、触媒型[FeFe]ヒドロゲナーゼより非常に低い活性を示すことが明らかとなった。電子スピン共鳴法や電気化学的赤外分光法により酸化還元状態を明らかにし、これらの成果をJ. Am. Chem. Soc. 誌に発表した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2種類の[FeFe]ヒドロゲナーゼを高純度に精製し結晶化を行う。放射光施設を用いてX線結晶構造解析を行うことにより立体構造を得ることを試みる。また、変異体導入などにより水素生成活性等の変化を測定し、さらに分光学的手法を用いて活性中心の電子状態変化を測定する予定である。
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[Journal Article] Nuclear Resonance Vibrational Spectroscopy for Observation of Fe-H/D Bending Modes in Hydrogenases and Nitrogenases2017
Author(s)
C. Pham, H. Wang, N. Mishra, L. Gee, Y. Yoda, T. B. Rauchfuss, V. Pelmenschikov, H. Ogata, E. J. Reijerse, W. Lubitz, N. Khadka, L. Seefeldt, S. P. Cramer
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Journal Title
SPring-8/SACLA Information
Volume: 22
Pages: 104-109
Int'l Joint Research
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