特異なクラスター活性中心をもつ酸化還元金属酵素の生物無機化学

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23000007
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 巽 和行 名古屋大学, 物質科学国際研究センター, 特任教授 (10155096)
• Project Period (FY): 2013 – 2015
• Keywords: クラスター / 酸化還元酵素 / ニトロゲナーゼ / ヒドロゲナーゼ / COデヒドロゲナーゼ / プロトクロコフィリド還元酵素

Outline of Annual Research Achievements

(1)アポ型ニトロゲナーゼを利用した半人工酵素の創出 : 窒素還元酵素MoFeニトロゲナーゼ(NifDK)の触媒活性中心に存在する[MoFe7S9C]型M-クラスターを除いたアポ体に、化学合成した鉄硫黄クラスター[Fe6S9(SEt)2]4-を加えてタンパク質(NifDKFe)を調製した。これを触媒としてATP存在下でアセチレン還元反応を検討したところ、野生型NifDKと同様の活性を示すことがわかった。
(2)非対称型Mo-Fe-Sクラスターの還元活性 : M-クラスターは非対称構造を有し、両端にはそれぞれMoとFeが存在する。この特徴的な構造が反応に与える影響を明らかにすべく、我々が合成した非対称型[Mo-Fe-S]クラスター[Cp*MoFe5S9(SH)]3-(1)の還元触媒活性を評価した。触媒(1)存在下SmI2によるCN-、CO、CO2の還元反応を検討した結果、いずれからもCH4をはじめとする炭化水素類の触媒的生成が進行した。
(3)非常にかさ高いTbtチオラートを用いた高酸化型[4Fe-4S]クラスターの合成 : すべてのFeがIII価をとるチオラート置換[4Fe-4S]クラスター[Fe4S4(STbt)4]の合成に成功した。非常に電子供与性の高いアミド基で置換された類縁クラスターは既知だが、生体内システインのモデルとなるチオラートの置換体としては初めての例である。
(4)ニトロゲナーゼに類似した暗所作動型プロトクロロフィリド還元酵素(DPOR)を鋳型とした半人工酵素の創出 : 基質結合部位に2つにシステイン残基を導入した変異型DPORを作成し、X線結晶構造解析により人工クラスターを保持できる配置と空間構造を確認した。DPORのアセンブリー過程を利用した人工クラスター導入をめざし、精製した2つのサブユニットの混合を検討したところ、目的とする複合体形成に成功した。

Research Products

• [Int'l Joint Research] カリフォルニア大学 アーバイン校(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: カリフォルニア大学 アーバイン校
• [Journal Article] Supramolecular Porphyrin-Based Metal-Organic Frameworks with Fullerenes : Crystal Structures and Preferential Intercalation of C70 (2016)
  • Author(s): Ohmura, T. ; Usuki, A. ; Mukae, Y. ; Motegi, H. ; Kajiya, S. ; Yamamoto, M. ; Senda, S. ; Matsumoto, T. ; Tatsumi, K.
  • Journal Title: Chem. Asian J. Volume: 11 Pages: 700-704
  • DOI: 10.1002/asia.201501422
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Self-Assembly of 4-(Diethylboryl)pyridine : Crystal Structures of the Cyclic Pentamer and Hexamer and Their Solvent-Dependent Selective Crystallization (2016)
  • Author(s): Wakabayashi, S. ; Hori, Y. ; Komeda, S. ; Shimizu, Y. ; Ohki, Y. ; Horiuchi, M. ; Itoh, T. ; Sugihara Y. ; Tatsumi, T.
  • Journal Title: Journal of Organic Chemistry Volume: 81 Pages: 2399-2404
  • DOI: 10.1021/acs.joc.5b02886
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] N-heterocyclic carbenes as supporting ligands in transition-metal N2 complexes (2016)
  • Author(s): Ohki, Y. ; Seino, H.
  • Journal Title: Dalton Trans. Volume: 45 Pages: 874-880
  • DOI: 10.1039/C5DT04298D
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Stoichiometry of ATP hydrolysis and chlorophyllide formation of dark-operative protochlorophyllide oxidoreductase from Rhodobacter capsulatus. (2016)
  • Author(s): Nomata, J. ; Terauchi, K. and Fujita, Y.
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 470 Pages: 704-709
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2016.01.070
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Winners of the 2014 IUPAC-SOLVAY International Award for Young Chemists (2015)
  • Author(s): Tatsumi, K. ; Burrows, HD.
  • Journal Title: Pure and Applied Chemistry Volume: 87 Pages: 1-2
  • DOI: 10.1515/pac-2014-5056
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Mechanism of the Cooperative Si-H Bond Activation at Ru-S Bonds (2015)
  • Author(s): Stahl, T. ; Hrobárik, P. ; Königs, CDF. ; Ohki, Y. ; Tatsumi, K. ; Kemper, S. ; Kaupp, M. ; Klare, HFT. ; Oestreich, M.
  • Journal Title: Chem. Sci. Volume: 6 Pages: 4324-4334
  • DOI: 10.1039/c5sc01035g
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Combining a Nitrogenase Scaffold and a Synthetic Compound into an Artificial Enzyme (2015)
  • Author(s): Tanifuji, K. ; Lee CC. ; Ohki, Y. ; Tatsumi, K. ; Hu YL, ; Ribbe MW.
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed Volume: 54 Pages: 14022-14025
  • DOI: 10.1002/anie.201507646
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Synthesis and Protonation of N-Heterocyclic-Carbene-Supported Dinitrogen Complexes of Molybdenum(0) (2015)
  • Author(s): Ohki, Y. ; Aoyagi, K. ; Seino, H.
  • Journal Title: Organometallics Volume: 34 Pages: 3414-3420
  • DOI: 10.1021/acs.organomet.5b00391
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Transformation of the cyanobacterium Leptolyngbya boryana by electroporation. (2015)
  • Author(s): Tsujimoto, R., Kotani, H., Nonaka, A., Miyahara, Y., Hiraide, Y. and Fujita, Y.
  • Journal Title: Bio-Protocol Volume: 5 Pages: 1690
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Identification of the chlE gene encoding oxygen-independent Mg-protoporphyrin IX monomethyl ester cyclase in cyanobacteria. (2015)
  • Author(s): Yamanashi, K., Minamizaki, K. and Fujita, Y.
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 463 Pages: 1328-1333
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2015.06.124
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 酸素発生型光合成を行うシアノバクテリア(藍藻)の低酸素適応機構 (2016)
  • Author(s): 藤田祐一
  • Organizer: 日本農芸化学会2016年度大会シンポジウム「酸素微生物学～微生物に学ぶ『酸素リモデリング』とその応用～」
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター(札幌市)
  • Year and Date: 2016-03-29
  • Invited
• [Presentation] Chemistry of Cluster Active Sites of Oxidoreductases-Drawing a Lesson from the Brilliant Functions of the Enzymes for our Future Sustainable Societies (2016)
  • Author(s): Tatsumi, K.
  • Organizer: International Symposium on Two-Dimensional Layered Materials and Art : Two Worlds Meet
  • Place of Presentation: Aix-Marseille University(マルセイユ・フランス)
  • Year and Date: 2016-03-23
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 非窒素固定性シアノバクテリアへの窒素固定能付与の試み (2016)
  • Author(s): 小谷弘哉・辻本良真・藤田祐一
  • Organizer: 第57回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岩手大学(盛岡)
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] RNA編集によるアミノ酸残基改変の暗所作動型プロトクロロフィリド還元酵素活性への影響 (2016)
  • Author(s): 山川壽伯・山本治樹・藤田祐一
  • Organizer: 第57回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岩手大学(盛岡)
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] クロロフィル生合成研究を先導する光合成細菌Rhodobacter capsulatus (2016)
  • Author(s): 藤田祐一
  • Organizer: 第57回日本植物生理学会年会 第1回光合成細菌ワークショップ
  • Place of Presentation: 岩手大学(盛岡)
  • Year and Date: 2016-03-18
  • Invited
• [Presentation] 非窒素固定性シアノバクテリアにおけるCnfR制御を利用した窒素固定遺伝子群の発現 (2016)
  • Author(s): 辻本良真・小谷弘哉・藤田祐一
  • Organizer: 第10回日本ゲノム微生物学会年会
  • Place of Presentation: 東京工業大学 大岡山キャンパス(東京目黒区)
  • Year and Date: 2016-03-04
• [Presentation] Chemistry of the nitrogenase P-cluster (2016)
  • Author(s): Tatsumi, K.
  • Organizer: Pure and Applied Chemistry International Conference 2016
  • Place of Presentation: Chulalongkorn University(バンコク・タイ)
  • Year and Date: 2016-02-09 – 2016-02-11
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Cluster Active Sites of Nitrogenase : Stereo-electronic Flexibility of Fe(Mo)-Sulfide Clusters (2016)
  • Author(s): Tatsumi, K.
  • Organizer: International Symposium on Bioinorganic Chemistry of Oxidoreductase II
  • Place of Presentation: 名古屋大学(名古屋市)
  • Year and Date: 2016-01-29
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Nitrogenase-like reductases in bacteriochlorophyll biosynthesis : Reaction mechanism and plasticity. (2016)
  • Author(s): Fujita, Y.
  • Organizer: International Symposium on Bioinorganic Chemistry of Oxidoreductase II
  • Place of Presentation: 名古屋大学(名古屋市)
  • Year and Date: 2016-01-29
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Model Studies on Acetyl CoA Synthase catalyzing CO2 fixation in organisms (2015)
  • Author(s): Matsumoto T. ; Tatsumi, K.
  • Organizer: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015
  • Place of Presentation: ハワイアンコンベンションセンター他ワイキキ周辺ホテル(ハワイホノルル・アメリカ)
  • Year and Date: 2015-12-15 – 2015-12-20
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 暗所での緑化を決定づけるニトロゲナーゼ類似酵素 (2015)
  • Author(s): 藤田祐一
  • Organizer: 第38回分子生物学会・第88回生化学会合同年会 ワークショップ「鉄硫黄タンパク質が織りなす多彩な機能」
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド(神戸市)
  • Year and Date: 2015-12-01
  • Invited
• [Presentation] ヘテロシスト非形成型シアノバクテリアLeptolyngbya boryanaにおける明暗周期培養でのニトロゲナーゼ活性 (2015)
  • Author(s): 小谷弘哉・藤田祐一
  • Organizer: 藍藻の分子生物学2015
  • Place of Presentation: かずさアカデミアホール(木更津市)
  • Year and Date: 2015-11-16
• [Presentation] Reversible Transformation between Cuboidal Fe4S4 and Dinuclear Fe2S2 Cores (2015)
  • Author(s): Tatsumi, K.
  • Organizer: First International Symposium of Institute for Catalysis-Global Collaboration in Catalysis Science toward Sustainable Society
  • Place of Presentation: 北海道大学(札幌市)
  • Year and Date: 2015-10-14
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Reaction mechanism of nitrogenase-like protochlorophyllide reductase. (2015)
  • Author(s): Fujita, Y.
  • Organizer: 19th International Congress on Nitrogen Fixation
  • Place of Presentation: Asilomar Conference Grounds (Pacific Grove, CA, USA)
  • Year and Date: 2015-10-05
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] N2 Activation by Bio-Inspired Metal-Sulfur Clusters (2015)
  • Author(s): Ohki, Y.
  • Organizer: 19th International Congress on Nitrogen Fixation
  • Place of Presentation: Asilomar Conference Grounds (Pacific Grove, CA, USA)
  • Year and Date: 2015-10-04 – 2015-10-09
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Chemistry of the Nitrogenase P-Cluster (2015)
  • Author(s): Tatsumi, K.
  • Organizer: 2nd Annual Symposium of the International Research Trainnig Group 2027
  • Place of Presentation: University of Munster (Munster, Germany)
  • Year and Date: 2015-10-04 – 2015-10-06
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Organo-Metallic Sulfur Clusters for Nitrogen Activation (2015)
  • Author(s): Ohki, Y.
  • Organizer: 第65回錯体化学討論会 シンポジウム
  • Place of Presentation: 奈良女子大学(奈良市)
  • Year and Date: 2015-09-21 – 2015-09-23
  • Invited
• [Presentation] Chemistry of the Nitrogenase P-Cluster (2015)
  • Author(s): Tatsumi, K.
  • Organizer: 6th International IMBG Meeting, Chemistry & Biology of Iron-Sulfur Clusters
  • Place of Presentation: The Vercors Regional Park (Villard de Lans, France)
  • Year and Date: 2015-09-15 – 2015-09-18
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Model Studies on Acetyl CoA Synthase (2015)
  • Author(s): Matsumoto, T.
  • Organizer: 6th International IMBG Meeting, Chemistry & Biology of Iron-Sulfur Clusters
  • Place of Presentation: The Vercors Regional Park (Villard de Lans, France)
  • Year and Date: 2015-09-15 – 2015-09-18
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 窒素固定化酵素の活性部位構造と機能に迫る合成化学 (2015)
  • Author(s): 大木靖弘
  • Organizer: 第28回生物無機化学夏季セミナー
  • Place of Presentation: 伊東温泉山喜(伊東市)
  • Year and Date: 2015-08-28 – 2015-08-30
  • Invited
• [Presentation] Loss of the cytM encoding cytochrome cM stimulates dark heterotrophic growth of cyanobacteria. (2015)
  • Author(s): Hiraide, Y., Uesaka, K., Ihara, K., Fujita, Y.
  • Organizer: International Symposium on Photosynthetic Prokaryotes 2015
  • Place of Presentation: Eberhard-Karls-Universita (Tubingen, Germany)
  • Year and Date: 2015-08-05
  • Int'l Joint Research
• [Book] 第21章 窒素の固定 「光合成のエネルギー変換と物質変換」杉浦・伊藤・南後編 pp.215-219 (2015)
  • Author(s): 藤田祐一・山本治樹
  • Total Pages: 5
  • Publisher: 化学同人
• [Book] Chlorophylls (ver. 3. 0) In Encyclopedia of Life Sciences, (3rd edition) doi : 1002/9780470015902.a0000661.pub3 (2015)
  • Author(s): Fujita, Y.
  • Total Pages: 17
  • Publisher: John Wiley & Sons, Ltd : Chichester
• [Funded Workshop] International Symposium on Bioinorganic Chemistry of Oxidoreductase II (2016)
  • Place of Presentation: 名古屋大学野依記念物質研究館(名古屋市)
  • Year and Date: 2016-01-29