2023 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of the catalytic mechanism of copper-containing nitrite reductase by the cooperation of experiment and calculation
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22H02565
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | National Institutes for Quantum Science and Technology |
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Principal Investigator |
玉田 太郎 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子生命科学研究所, 上席研究員 (50391248)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
リントゥルオト 正美 京都府立大学, 生命環境科学研究科, 准教授 (10275191)
福田 庸太 大阪大学, 大学院薬学研究科, 助教 (20783179)
平野 優 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子生命科学研究所, 主幹研究員 (80710772)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | タンパク質 / 立体構造 / 中性子・X線 / 量子化学計算 / 窒素循環 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は昨年度に引き続き、基質結合酸化型としてT1Cu認識に関与するシステイン残基（Cys135）をアラニンに置換したC135A変異体と基質である亜硝酸イオンとの複合状態での中性子結晶構造解析結果と量子化学計算結果の検証を行い、溶媒の誘電率の効果を考慮した計算により双方の実験結果の整合性を得ることが出来た。また、さらに触媒残基の１つであるアスパラギン酸残基（Asp98）をアスパラギンに置換したC135A/D98N変異体と亜硝酸イオンとの複合状態でのX線結晶構造解析を0.9Å分解能で実施し、亜硝酸イオンの複数の結合モードを確認した。
また、休止状態酸化型においてT2Cuに配位した水酸化物イオンの状態を再検証するために、中性子回折データ収集を室温下で実施し、1.6Å分解能程度の回折点を確認できた。現在、中性子回折データの処理を実施中である。さらに、CuNIRに電子を供与するシュードアズリン（Paz）の構造解析を室温下で収集した回折データ（中性子：1.9Å分解能、X線：1.3Å分解能）を用いて実施した。併せて低温下でのX線結晶構造解析を0.86Å分解能で行い、得られた解析結果から活性中心の銅イオン認識に関与するヒスチジン残基（His81）のアミド窒素およびプロトンがペプチド平面からずれ、同じく銅イオン認識に関与するシステイン残基（Cys78）の硫黄原子と弱いNH-S結合を形成していた。中性子構造を用いて量子化学計算を実施した結果、この弱いNH-S結合がLUMOのエネルギー準位を低下させることで、酸化還元電位を上昇させていることが示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
基質結合酸化型の構造解析を完了したことに加え、電子伝達パートナータンパク質の構造解析結果を論文発表することが出来た。
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| Strategy for Future Research Activity |
基質結合酸化型から基質結合還元型への反応過程の検証を実験と計算の双方から行い、その成果を論文発表する。
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