2020 Fiscal Year Annual Research Report
The elucidation of reaction mechanism of cytochrome c oxidase using XFEL time-resolved structure analysis
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18K14635
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
島田 敦広 岐阜大学, 応用生物科学部, 助教 (80723874)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 金属タンパク質 / 膜タンパク質 / プロトンポンプ / 生体エネルギー / ヘム / 酸素代謝 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
チトクロム酸化酵素（CcO）はミトコンドリア内膜に存在する呼吸鎖末端酸化酵素で、酸素を水にまで還元して得られる自由エネルギーを利用して、プロトンをミトコンドリアマトリクスから内膜外へとポンプする。生命活動に利用されるATPの大部分はCcOとCcOへ電子供与するプロトンポンプ複合体とによって形成されたプロトン駆動力を利用して合成されており、CcOは生体エネルギー変換の中枢を担うタンパク質である。CcOによる反応の詳細な理解のために、その反応中間体の原子構造をX線結晶構造解析によって得る試みがなされてきた。しかし、CcOの反応サイクルは非常に早く、酸素を水へと完全還元するのに数マイクロ秒程度しかかからない。従来のX線では高分解能の3次元構造を得るために数秒間X線を照射することが必要なため、短寿命の反応中間体構造を撮影することが非常に困難であった。そこで、本研究課題では、従来のX線よりも10億倍の強度と約1000分の1のパルス幅を持つX線自由電子レーザー(XFEL)を利用することで、これまで不可能であったCcOの非凍結結晶を用いた時分割構造解析を行い、短寿命中間体構造の解明を目指す。これまで、XFEL照射施設であるSACLAを利用して、CcOの微結晶から3.5 Å分解能程度の構造データの収集に成功した。現在は得られた回折データの解析を行っている。アミノ酸側鎖のプロトン化状態を評価するためには、より高分解能のデータ収集が必要である。そこで、現在はさらに高分解能の結晶が得られるよう、精製・結晶化条件の検討を行い、SPring-8での予備実験によって、最高分解能2.0 Å程度の回折データが得られる微結晶の調製に成功した。同時に、CcOの大型結晶を用いて中間体状態のCcOをフリーズトラップすることで、1.8 Å程度の各種中間体構造の決定に成功した。
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Research Products
(3 results)
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[Presentation] The structural analysis of cytochrome c oxidase complexed with cytochrome c using cryo-electron microscopy2020
Author(s)
Shimada, A., Kozai, D., Nishikawa, K., Fujiyoshi, Y., Sho, G., Mizutani, T. and Tani, K
Organizer
第58回日本生物物理学会年会
