2021 Fiscal Year Research-status Report
Does Cytochrome c Oxidase control proton-pump mechanism by small structural changes?
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20K03794
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| Research Institution | Kanagawa Institute of Technology |
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Principal Investigator |
神谷 克政 神奈川工科大学, 健康医療科学部, 准教授 (60436243)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | チトクロム酸化酵素 / プロトンポンプ / QM/MM分子動力学法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
地球上の生物は酸素を高効率に使うように進化してきた。現在の生物では、膜貫通タンパク質であるチトクロム酸化酵素が酸素分子を水分子へと還元し、この反応をプロトンポンプと共役させることで、酸素還元反応の自由エネルギーを膜を介したプロトンの濃度勾配による自由エネルギーに変換する。これまでのX線構造解析から、酸素還元に伴う同酵素の構造変化は局所的であることが示唆されている。そこで本研究では、構造変化が局所的であることが酸素還元反応により放出される自由エネルギーをポテンシャルエネルギーに効率的に変換させることを可能にする鍵であると考える。すなわち、本研究ではチトクロム酸化酵素が局所的な構造変化でプロトンポンプ反応を達成する構造基盤を解明するとともに、進化の過程でチトクロム酸化酵素が獲得した共役機構がなぜ高効率なのかという疑問に対する答えを探求する。
今年度は、ウシ由来のチトクロム酸化酵素について、酸化型とCO結合還元型の構造を生体膜内に埋めた系を構築し、古典分子動力学計算を行なった。また、分子動力学計算で必要な力場パラメーターを、チトクロム酸化酵素と同じヘムを含むチトクロムP450というヘムタンパク質を用いて構築し、古典分子動力学法による構造解析を行った。その結果、酵素の触媒能を決める空間的な特徴についての知見が得られた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
新型コロナウィルスの感染拡大の影響を受け、研究遂行の時間が大幅に制約された。また、学会発表や学外でもディスカッションの機会も少なくなり、制約を受けた。また、計算機サーバー1台が頻繁に故障したため、その復旧作業に時間を要した。来年度は、21年度に導入した計算機サーバーを活用し、研究の遅れを挽回する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度は、ウシ由来のチトクロム酸化酵素のX線構造に対するQM/MM分子動力学法を用いた解析を目指し、以下のことを行う予定である。
（１）酸化型と還元型チトクロム酸化酵素に対して、ミトコンドリア内膜の組成をもつ膜を含めた系を構築し、古典分子動力学計算による解析を続ける。
（２）ヘムタンパク質であるチトクロムP450について、野生型と変異型の酵素についてアンブレラ・サンプリングによる自由エネルギー解析を行い、構造・機能相関の解析を進める。得られた知見をチトクロム酸化酵素系の解析に応用する。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルス感染拡大により、出張などに制限が生じたため、その分を次年度に回す。
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Research Products
(1 results)
