2021 Fiscal Year Annual Research Report
Fine structures of reaction inter-mediates of bovine cytochrome c oxidase
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18K06092
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
月原 冨武 兵庫県立大学, 理学研究科, 特任教授 (00032277)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉川 信也 兵庫県立大学, 生命理学研究科, 特任教授(名誉教授) (40068119)
島田 敦広 岐阜大学, 応用生物科学部, 准教授 (80723874)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | チトクロムc酸化酵素 / 膜タンパク質 / 呼吸酵素 / X線結晶構造解析 / 立体構造 / プロトン能動輸送 / 酸素還元 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
チトクロムc酸化酵素（CcO）は呼吸鎖末端酵素で、酸素の還元とそれに同期したプロトンの能動輸送を担っている。活性中心としてCuA, heme a, heme a3, CuBを有する膜蛋白質である。酸素還元反応の際にCuA, heme aを経て酸素還元中心heme a3, CuBに電子が伝達されるのに同期して、プロトンが能動輸送される。酵素反応サイクル中の幾つかの中間体及び中間体類似の構造を決定して、H-経路プロトンポンプ機構を提案している。この酸素還元に伴う電子移動とプロトン能動輸送の同期の仕組みの解明を目指している。
酸素還元は６種の反応中間体、R, A, P, F, O, Eを経て段階的に進行する。プロトン能動輸送経路は水チャネルとそれに続く水素結合ネットワークとプロトンプールで構成されている。我々は、R状態で水チャネルが開いて４プロトンがマトリックス側からプロトンプールに蓄積されると主張している。P以降の過程で電子がCuA、heme aをへてheme a3に供給される度に１プロトンずつプロトンプールから水素結合ネットワークを介して膜間腔側に輸送される。R状態（還元型）でのみヘリックスXの構造が水チャネルを開いた状態にする。P,F中間体の構造決定をして専門誌に報告した。このことによってP,F中間体の構造結晶学的に確定できた。無損傷休止酸化型結晶でも再精密化を行って、活性中心の構造を確定することができた。さらに、A中間体、O中間体、E中間体の構造を決定し、反応サイクル中の６中間体全ての構造を確定した。その結果は、完全還元型結晶の再精密化も含めて専門誌に掲載された。
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