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2007 Fiscal Year Annual Research Report

NMR・MM法による炭酸脱水酵素機能に重要なHis残基の挙動解析と触媒機構解明

Research Project

Project/Area Number 19770128
Research InstitutionJapan Advanced Institute of Science and Technology

Principal Investigator

島原 秀登  Japan Advanced Institute of Science and Technology, ナノマテリアルテクノロジーセンター, 助教 (40313704)

KeywordsNMR / ヒスチジン / QM / MM / 炭酸脱水酵素 / 互変異性 / 酵素 / 触媒機構 / 構造機能相関
Research Abstract

NMR法による種々イミダゾール基互変異性平衡の観察の結果,一般的なヒスチジンの互変異性は水素結合に支配されるという規則性を見出した.これを炭酸脱水酵素活性部位の亜鉛-His64間の水素結合の作用様式に当てはめた結果,本酵素触媒反応に見られるプロトントランスファの機構を合理的に提唱するに至った(Shimahara, J. Biol. Chem.,2007,282,9646,).この機構は,従来説において中心と考えられていたイミダゾール基配向変化に依存しないため,以前よりまして白熱する論争の様子が本酵素研究重鎮の総説(Silverman, Acc. Chem. Res.,2007,408,669-75)に見てとれる.最近,QM/MM法を用いたシミュレーションが行われた結果,プロトントランスファは配向よりむしろ静電的作用によると報告され,(Riccardi. Biochemistry,2008,47,2369),本機構の妥当性が高まっている。このような状況下,我々は,2007年度,X線結晶構造PDBから抽出した亜鉛-His64とその間の水架橋からなる活性部位モデルにGaussian03量子化学計算を適用し,互変異性変化に関わる自由エネルギーを算出する実験を行った.その結果,上記の規則性が本酵素活性部位においても成立することを理論的に証明し,提唱プロトントランスファ説の根幹にある実験理論間の整合性を示すに至った.一方,新たに行った阻害剤を用いたNMR実験においては,スルフォンアミド系阻害剤とアニオン系阻害剤の交換遅速が予測通りNMR時間軸上異なっていた.特に前者では互変異性平衡が変化し,酵素阻害剤複合体において,亜鉛-His64間の水素結合相互作用が弱められていることがわかった.内容の一部は2008年5月号「化学」p64-65「生物系のプロトントランスファ」島原秀登著から引用した.

  • Research Products

    (12 results)

All 2008 2007 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (7 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Theoretical Study of Free Energy in Docking Stability of Azurin (II)-Cytochrome c551 (II) Complex System2008

    • Author(s)
      島原 秀登(6), 他
    • Journal Title

      AIP Conference Proceedings 982

      Pages: 784-787

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Free Energy Calculation of Docking Structure of Azurin (I)-Cyto-chrome c551 (III) Complex Systems by using the Energetic Representation2008

    • Author(s)
      島原 秀登(6), 他
    • Journal Title

      AIP Conference Proceedings 982

      Pages: 780-783

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Tautomerism of histidine 64 associated with proton-transfer in catalysis of carbonic anhydrase2007

    • Author(s)
      島原秀登(筆頭), 他
    • Journal Title

      Journal of Biological Chemistry 282

      Pages: 9646-56

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 自由エネルギー計算によるAzurin(I)-Cytochrome c551(III)複合体のドッキング構造安定性に関する研究2007

    • Author(s)
      西川佳吾
    • Organizer
      第45回日本生物物理学会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      20071221-23
  • [Presentation] Free Energy Calculation of Spaghetti-like Nanoclusters by Using the Energetic Representation2007

    • Author(s)
      Purqon Acep
    • Organizer
      第45回日本生物物理学会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      20071221-23
  • [Presentation] ヒトヒストンシャペロンhNAP-1のin vitro, in vivoにおける機能解析2007

    • Author(s)
      野田勝紀
    • Organizer
      第30回日本分子生物学会年会第80回日本生化学会大会合同大会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      20071211-15
  • [Presentation] Carbonic Anhydraseの反応機構-His64の互変異性とプロトントランスファ機能の相関2007

    • Author(s)
      島原 秀登(筆頭), 他
    • Organizer
      第30回日本分子生物学会年会第80回日本生化学会大会合同大会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      20071211-15
  • [Presentation] 分子生物学的シミュレーションによるアズリンーシトクロムc551複合体のドッキング構造に関する研究2007

    • Author(s)
      島原 秀登(6), 他
    • Organizer
      第21回分子シミュレーション討論会
    • Place of Presentation
      金沢
    • Year and Date
      20071126-28
  • [Presentation] NMR Approach to His-64 Involved in Proton-Transfer Mechanism in Catalysis of Carbonic Anhydrase2007

    • Author(s)
      島原秀登, Shimahara, H., Yoshida, T., Nakazawa, T., Ohkubo, T., & Kobayashi, Y.
    • Organizer
      12th European Conference on the Spectroscopy of Biological Molecules
    • Place of Presentation
      Paris, France
    • Year and Date
      20070901-06
  • [Presentation] 炭酸脱水酵素IIの触媒機構-His64の互変異性とプロトントランスファ機能の相関-2007

    • Author(s)
      島原 秀登(筆頭), 他
    • Organizer
      第3回日本炭酸脱水酵素研究学術集会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2007-09-22
  • [Remarks] 研究者総覧

    • URL

      http://www.jaist.ac.jp/profiles/info.php?profile_id=00161

  • [Remarks] 学術奨励賞

    • URL

      http://www.jaist.ac.jp/news/award/2007/0927.html

URL: 

Published: 2010-02-04   Modified: 2016-04-21  

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