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2014 Fiscal Year Annual Research Report

時間分解振動分光法による膜蛋白質プロトン輸送ダイナミクスの解明

Research Project

Project/Area Number 23550022
Research InstitutionUniversity of Hyogo

Principal Investigator

中島 聡  兵庫県立大学, 生命理学研究科, 准教授 (80263234)

Project Period (FY) 2011-04-28 – 2015-03-31
Keywords時間分解赤外分光法 / チトクローム酸化酵素 / プロトンポンプ / 共役機構 / 蛋白質 / 共鳴ラマン分光法
Outline of Annual Research Achievements

チトクロムc酸化酵素(CcO)はミトコンドリア内膜に存在する呼吸鎖末端酵素で、酸素を水にまで還元することでプロトンを膜間輸送しプロトン勾配をつくる機能をもつ。ごく最近我々は新規時間分解赤外分光システムを開発し、水溶液中でのCcO反応を時間分解測定することに成功した。そこで2つの相補的な振動分光法であるこの新システムと時間分解共鳴ラマン分光法を駆使して CcO の酸素還元反応の経時変化を調べ、それと共役した(この酵素の機能である)プロトンポンプにおける蛋白質構ダイナミクスの詳細を解明することを目的として研究を行った。まず、酸素還元反応が起こっている状態を実時間の赤外測定ができるように、専用のフローセルの開発を行った。赤外が測定可能なように透過厚が50μmの非常に薄いセルに粘性の高い膜蛋白質を充分迅速にフローさせることに成功し、さらに酸素を系に供給できるシステムも導入して酸素還元反応を観測できることを示した。ラマンと赤外の時間分解測定の結果を総合すると、反応初期過程において、ヘムa3とHisの蛋白質ー反応サイト間の相互作用が迅速(< 1μs)に変化して酸素親和性を調整するとともに、プロトンポンプ経路上のゲートの開閉を同期して行っていることがわかった。これは実時間で共役機構が実験的に観測された初めての例である。また、フローシステムを用いて初期過程を測定したところ酸素がヘムa3に配位する前にCuBに配位して、反応開始のタイミングを調整していることも明らかになった。これらのことは、CuBからヘムa3-Hisを経てhelix Xと呼ばれるα-helixからプロトンポンプのゲートに至るまでに状況をタイミング良く伝えるリレーシステムが存在し、それらが時事刻々の状況を感知した上で適切に電子状態や構造を制御していることを示している。

  • Research Products

    (11 results)

All 2015 2014 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (9 results) (of which Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Infrared and Raman spectroscopic investigation of the reaction mechanism of cytochrome c oxidase2015

    • Author(s)
      Satoru Nakashima, Takashi Ogura, Teizo Kitagawa
    • Journal Title

      Biochimica et Biophysica Acta

      Volume: 1847 Pages: 86-97

    • DOI

      10.1016/j.bbabio.2014.08.002

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Newly developed systems of time-resolved IR spectroscopy for elucidating the oxygen reduction reaction of cytochrome c oxidase2015

    • Author(s)
      Chen Li、西口達人、新澤-伊藤恭子、吉川信也、中島聡、小倉尚志
    • Organizer
      第15回蛋白質学会年会
    • Place of Presentation
      あわぎんホール(徳島県徳島市)
    • Year and Date
      2015-06-24
  • [Presentation] チトクロムc酸化酵素の反応初期過程の研究2015

    • Author(s)
      西口達人、Chen Li、新澤-伊藤恭子、吉川信也、中島聡、小倉尚志
    • Organizer
      日本化学会第95回春季年会
    • Place of Presentation
      日本大学(千葉県船橋市)
    • Year and Date
      2015-03-28
  • [Presentation] The time-resolved resonance Raman study(TR3) on the dynamics of cytochrome c oxidase2015

    • Author(s)
      中川善之、新澤-伊藤恭子、吉川信也、中島聡、小倉尚志
    • Organizer
      日本化学会第95回春季年会
    • Place of Presentation
      日本大学(千葉県船橋市)
    • Year and Date
      2015-03-27
  • [Presentation] Vibrational spectroscopic studies of the coupling mechanism in the initial stage of the reaction of cytochrome c oxidase2014

    • Author(s)
      Satoru Nakashima, Minoru Kubo, Izumi Ishigami, Kyoko Shinzawa-Itoh, Shinya Yoshikawa, Takashi Ogura
    • Organizer
      2nd Institute of Picobiology International Symposium
    • Place of Presentation
      KAST(兵庫県赤穂郡上郡町)
    • Year and Date
      2014-10-07
  • [Presentation] チトクローム酸化酵素の反応初期過程における共役機構の解明2014

    • Author(s)
      中島 聡・久保 稔・石上 泉・新澤-伊藤 恭子・吉川 信也・小倉 尚志
    • Organizer
      第52回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2014-09-25
  • [Presentation] チトクロムc酸化酵素の酸素還元反応の時間分解赤外吸収測定を目的とした酸素肺フローシステムの開発2014

    • Author(s)
      西口達人、新澤-伊藤恭子、吉川信也、中島聡、小倉尚志
    • Organizer
      第52回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2014-09-25
  • [Presentation] 振動分光法による蛋白質機能の研究2014

    • Author(s)
      中島聡
    • Organizer
      生物無機化学夏期セミナー
    • Place of Presentation
      圓教寺会館(兵庫県姫路市)
    • Year and Date
      2014-08-29
    • Invited
  • [Presentation] 時間分解振動分光法でみたチトクローム酸化酵素の反応初期過程での共役機構2014

    • Author(s)
      中島 聡、久保 稔、石上 泉、新澤-伊藤 恭子、吉川 信也、小倉 尚志
    • Organizer
      第41回生体分子科学討論会
    • Place of Presentation
      九州大学西新プラザ(福岡県福岡市)
    • Year and Date
      2014-06-06
  • [Presentation] チトクローム酸化酵素の反応初期過程での共役機構2014

    • Author(s)
      中島 聡、久保 稔、石上 泉、新澤-伊藤 恭子、吉川 信也、小倉 尚志
    • Organizer
      第6回日本生物物理学会中四国支部大会
    • Place of Presentation
      とりぎん文化会館(鳥取県鳥取市)
    • Year and Date
      2014-05-17
    • Invited
  • [Remarks] ピコバイオロジー専攻・生体物質構造学Ⅱ分野

    • URL

      http://www.sci.u-hyogo.ac.jp/life/biophys2/biophys2_2013/main_japanese.htm

URL: 

Published: 2016-06-01  

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