2013 Fiscal Year Annual Research Report
ヘム・銅酸素還元酵素のエネルギー変換機構解明のための構造・機能解析
| Project/Area Number |
22370060
|
|---|
| Research Institution | University of Hyogo |
|---|
Principal Investigator |
村本 和優 兵庫県立大学, 生命理学研究科, 准教授 (50305679)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2010-04-01 – 2015-03-31
|
| Keywords | 生物物理 / ナノバイオ / 蛋白質 / 酵素 / 呼吸鎖 / 生体エネルギー変換 / X線結晶構造解析 |
|---|
| Research Abstract |
呼吸鎖電子伝達系のヘム・銅酸素還元酵素はO2還元反応とプロトンポンプのエネルギー変換を効率的に実現する。ヘム・銅酸素還元酵素は原核生物から高等生物まで普遍的に存在し、スーパーファミリーを形成する。スーパーファミリーは数タイプのサブファミリーに分類され、aa3とcbb3タイプではプロトン輸送経路とエネルギー変換効率が異なり、O2分圧の異なる環境に適応して機能する。
効率の高いエネルギー変換機構を解明することを目的として、aa3タイプのX線構造解析を行った。O2アナログ（CO, CN-, N3-）が結合した構造、ならびに電子伝達を担う4つの金属部位が酸化状態と還元状態の混合型構造の構造を決定した。その結果、O2アナログの結合に伴う構造の変化を明らかにするとともに、酸化還元に伴う構造変化を引き起こす金属部位を決定した。
エネルギー変換効率を決定する構造化学的要因を解明することを目的として、aa3タイプの構造をcbb3タイプと比較解析する。cbb3タ イプの大量発現条件、精製方法、結晶化条件の検討を引き続き進めた。細胞膜の可溶化条件、ならびにカラムクロマトグラフィーの条件を改変した結果、精製標品の収率および純度が有意に向上した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
aa3タイプ酵素の構造解析 O2アナログ結合構造、ならびに酸化還元混合型構造の解析から、電子伝達とプロトン輸送のエネルギー変換機能上重要と考えられる構造変化を見出す成果が得られた。
cbb3タイプ酵素の構造・機能解析 cbb3タイプの精製方法が改良され、高純度の標品が得られるようになったが、構造解析可能な結晶を得るまでには至らなかった。
|
| Strategy for Future Research Activity |
aa3タイプ酵素の構造解析 ウシ由来aa3タイプ酵素結晶のOR型およびR型の1.4 Å分解能までの回折データを用いた構造解析、ならびにO2アナログ（CO, CN-, N3-）が結合した構造の解析を引き続き進める。酸化状態とO2アナログの結合に伴う構造変化に基づき、O2還元反応とプロトンポンプの共役機構の構造基盤を明らかにする。P型、F型、O型反応中間体結晶の1.8 Å分解能でのX線構造解析を引き続き進める。反応中間体の構造変化に基づき、O2還元反応とプロトンポンプの共役機構の構造基盤を明らかにする。
現在までの達成度を踏まえて、研究計画の一部を以下のとおり変更する。
cbb3タイプ酵素の構造・機能解析 これまでに他の研究グループから報告されたcbb3タイプ酵素の酸化型構造情報を用いて、aa3タイプとの構造比較解析を行う。
NO還元酵素の構造・機能解析 ヘム・銅酸素還元酵素スーパーファミリーに属し、近年X線結晶構造解析が可能になったNO還元酵素も研究対象に含め、エネルギー変換機構解明を目指した構造機能解析に取り組む。NO還元酵素と電子伝達体タンパク質等の複合体、およびNO還元酵素アミノ酸変異体の構造解析を行う。得られた構造を用いてaa3タイプ、cbb3タイプとの構造比較解析を行う。本酵素の構造を決定した研究グループと連携して研究を実施する。
|
