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2009 Fiscal Year Annual Research Report

短寿命な気体分子・呼吸酵素複合体の結晶構造から明らかにする呼吸機能の進化

Research Project

Project/Area Number 19310147
Research InstitutionThe Institute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

永野 真吾  鳥取大学, 工学研究科, 教授 (60286440)

Keywords呼吸酵素 / 結晶構造 / 分子進化
Research Abstract

脱窒菌などは脱窒と共役して生体エネルギーを獲得する硝酸呼吸をおこなうことができる。脱窒を担う酵素群のなかで一酸化窒素を亜酸化窒素(N_2O)に還元するのが一酸化窒素還元酵素(NOR)である。NORは好気呼吸の末端酸化酵素であるシトクロムcオキシダーゼ(CcO)とアミノ酸配列の相同性が見られることなどから、NORはCcOの祖先分子であるとみなされており、呼吸酵素の分子進化の観点からも興味深い。本研究ではNORやCcOの機能発現の鍵となる気体分子複合体の結晶構造解析から、呼吸機能の進化の仕組みを解明することを目的としている。平成22年度はシトクロムcから電子を受容するcNORの2.7Å分解能の結晶構造を報告した。この酵素の全体構造は、キノールから電子を受容するqNORおよびCcOとよく類似しており、構造からもこれらの分子の進化的類縁関係を伺い知ることができた。一方、CcOの活性部位は、三つのHisが配位したCuとヒスチジンが配位したヘムから構成される複核中心となっているのに対し、cNORでは三つのヒスチジンに加えてグルタミン酸が配位したFe、およびヒスチジンが配位したヘムが活性部位を構成していた。また、CcOはミトコンドリア内膜の内側から外側へプロトンを能動輸送するのに対し、cNORでは膜の内側から活性部位へつながる可能性のあるプロトンチャネルは見出すことができなかった。しかし、cNORの結晶構造は、膜の外側に面した分子表面から、活性部位に向かうチャネルの存在を示した。これらの構造的知見は、呼吸酵素の分子進化および基質や機能を返還する仕組みを解明する上で極めて重要である。

  • Research Products

    (7 results)

All 2011 2010 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (3 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Structural Basis of Biological N_2O Generation by Bacterial Nitric Oxide Reductase2011

    • Author(s)
      Tomoya Hino
    • Journal Title

      Science

      Volume: 330 Pages: 1666-1670

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Understanding substrate misrecognition of hydrogen peroxide dependent cytochrome P450 from Bacillus subtilis2010

    • Author(s)
      Osami Shoji
    • Journal Title

      J.Biol.Inorg.Chem.

      Volume: 15 Pages: 1331-1339

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] シトクロムP450の多彩な機能発現の仕組みを構造から理解する2010

    • Author(s)
      永野真吾
    • Organizer
      日本生化学会北海道支部講演会
    • Year and Date
      20100600
  • [Presentation] 抗がん剤インドロカルバゾールの基本骨格を構築するP450 StaPの結晶構造解析と反応機構2010

    • Author(s)
      永野真吾
    • Organizer
      BMB2010
    • Place of Presentation
      横浜国際会議場
    • Year and Date
      2010-12-10
  • [Presentation] 嫌気呼吸系の一酸化窒素還元酵素の構造と分子進化2010

    • Author(s)
      永野真吾
    • Organizer
      第10回日本蛋白質科学会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター
    • Year and Date
      2010-06-17
  • [Book] Handbook of Porphyrin Science2010

    • Author(s)
      Yoshitsugu Shiro
    • Total Pages
      123-163
    • Publisher
      World Scientific
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.bio.tottori-u.ac.jp/~bioeng/

URL: 

Published: 2012-07-19  

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