酵素に結合した感応性化学種の振動分光法による選択的検出と反応機構

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Stimuli-responsive Chemical Species for the Creation of Functional Molecules
• Project/Area Number: 15H00960
• Research Institution: University of Hyogo
• Principal Investigator: 小倉 尚志 兵庫県立大学, 生命理学研究科, 教授 (70183770)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 感応性化学種 / 酸素添加反応 / インドールアミン / 共鳴ラマン / 振動スペクトル / 反応機構 / シトクロムc酸化酵素 / チロシンラジカル

Outline of Annual Research Achievements

シトクロムc酸化酵素（CcO）は、酸素分子を水にまで還元し、同時にプロトンを膜の内側から外側へ能動輸送するプロトンポンプとして働く。こうして膜に生じる電気化学的ポテンシャルにより、ATPが合成される。
CcOによる酸素分子還元は、ヘム（Fe）とCuの二核中心で行われる。Feと酸素分子との反応ではまず酸素化型が生じ、次にP中間体が生じる。この段階で酸素分子は4電子を受け取っており、2個はFeから、1個はCuから供給される。4個目は、Cuの配位子であるH240と翻訳後修飾により結合したY244から供給されると考えられており、この場合チロシンラジカルが生じるが、直接的な証拠は無い。そこで、本研究では紫外共鳴ラマン分光法を用いてチロシンラジカルの検出を試みた。
その結果、平成２７年度に励起波長244 nmのCcOの紫外共鳴ラマンスペクトルにおいて、1404波数と1518波数にラマンバンドを検出した。共鳴ラマンスペクトルのこの特徴から、P中間体にはチロシンラジカルが生成することがはっきりした。
平成２８年度には、このチロシンラジカルの性質をより詳しく調べるため、可視共鳴ラマン分光によるチロシン残基の検出を試みた。励起波長441.6 nm、590 nmおよび607.0 nmで測定したが、チロシン残基由来の信号ははっきりしなかった。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Ewha Woman’s University,/Daegu Gyeongbuk Inst. Sci. & Tech.(韓国)
  • Country Name: KOREA (REP. OF KOREA)
  • Counterpart Institution: Ewha Woman’s University,/Daegu Gyeongbuk Inst. Sci. & Tech.
• [Int'l Joint Research] Stanford University,/University of Louisville(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Stanford University,/University of Louisville
• [Journal Article] Improved stopped-flow time-resolved resonance Raman spectroscopy device for studying enzymatic reactions. (2017)
  • Author(s): Yanagisawa, S., Deshpande, M. S., Hirota, S., Nakagawa, T. & Ogura, T.
  • Journal Title: J. Raman Spectrosc. Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1002/jrs.5100
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A Model for the Active-Site Formation Process in DMSO Reductase Family Molybdenum Enzymes Involving Oxido-Alcoholato and Oxido-Thiolato Molybdenum(VI) Core Structures. (2016)
  • Author(s): Sugimoto, H., Sato, M., Asano, K., Suzuki, T., Mieda, K., Ogura, T., Itoh, S.
  • Journal Title: Inorganic Chemistry Volume: 55 Pages: 1542-1550
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.5b02395
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Purification of Active Respiratory Supercomplex from Bovine Heart Mitochondria Enables Functional Studies. (2016)
  • Author(s): Shinzawa-Itoh, K., Shimomura, H., Yanagisawa, S., Shimada, S., Takahashi, R., Oosaki, M., Ogura, T., Tsukihara, T.
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 291 Pages: 4178-4184
  • DOI: 10.1074/jbc.M115.680553
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reactivity of a Cobalt(III)-Hydroperoxo Complex in Electrophilic Reactions. (2016)
  • Author(s): Shin, B., Sutherlin, K. D., Ohta, T., Ogura, T., Solomon, E. I., & Cho, J.
  • Journal Title: Inorganic Chemistry Volume: 55 Pages: 12391-12399
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.6b02288
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A Ruthenium(III)-Oxyl Complex Bearing Strong Radical Character. (2016)
  • Author(s): Shimoyama, Y., Ishizuka, T., Kotani, H., Shiota, Y., Yoshizawa, K., Mieda, K., Ogura, T., Okajima, T., Nozawa, S. and Kojima, T.
  • Journal Title: Angewandte Chemie, International Edition in English Volume: 55 Pages: 14041-14045
  • DOI: 10.1002/anie.201607861
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] New mechanistic insight into intramolecular arene hydroxylation initiated by (mu-1,2-peroxo)diiron(III) complexes with dinucleating ligands. (2016)
  • Author(s): Sekino, M., Furutachi, H., Tasaki, K., Ishikawa, T., Mori, S., Fujinami, S., Akine, S., Sakata, Y., Nomura, T., Ogura, T., Kitagawa, T. and Suzuki, M.
  • Journal Title: Dalton Trans Volume: 45 Pages: 469-473
  • DOI: 10.1039/c5dt04088d
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A nearly on-axis spectroscopic system for simultaneously measuring UV-visible absorption and X-ray diffraction in the SPring-8 structural genomics beamline. (2016)
  • Author(s): Sakaguchi, M., Kimura, T., Nishida, T., Tosha, T., Sugimoto, H., Yamaguchi, Y., Yanagisawa, S., Ueno, G., Murakami, H., Ago, H., Yamamoto, M., Ogura, T., Shiro, Y. and Kubo, M.
  • Journal Title: J Synchrotron Radiat. Volume: 23 Pages: 334-338
  • DOI: 10.1107/S1600577515018275
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The secondary coordination sphere and axial ligand effects on oxygen reduction reaction by iron porphyrins: a DFT computational study. (2016)
  • Author(s): Ohta, T., Nagaraju, P., Liu, J. G., Ogura, T., & Naruta, Y.
  • Journal Title: Journal of Biological Inorganic Chemistry Volume: 21 Pages: 745-755
  • DOI: 10.1007/s00775-016-1380-9
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The secondary coordination sphere controlled reactivity of a ferric-superoxo heme: unexpected conversion to a ferric hydroperoxo intermediate by reaction with a high-spin ferrous heme. (2016)
  • Author(s): Nagaraju, P., Ohta, T., Liu, J. G., Ogura, T., & Naruta, Y.
  • Journal Title: Chem. Commun. (Camb.) Volume: 52 Pages: 7213-7216
  • DOI: 10.1039/c6cc02162j
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Heme Orientation of Cavity Mutant Hemoglobins (His F8 --> Gly) in Either alpha or beta Subunits: Circular Dichroism, (1) H NMR, and Resonance Raman Studies. (2016)
  • Author(s): Nagai, M., Nagai, Y., Aki, Y., Sakurai, H., Mizusawa, N., Ogura, T., Kitagawa, T., Yamamoto, Y. and Nagatomo, S.
  • Journal Title: Chirality Volume: 28 Pages: 585-592
  • DOI: 10.1002/chir.22620
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Formation and High Reactivity of the anti-Dioxo Form of High-Spin mu-Oxodioxodiiron(IV) as the Active Species That Cleaves Strong C-H Bonds. (2016)
  • Author(s): Kodera, M., Ishiga, S., Tsuji, T., Sakurai, K., Hitomi, Y., Shiota, Y., Sajith, P. K., Yoshizawa, K., Mieda, K. and Ogura, T.
  • Journal Title: Chemistry Volume: 22 Pages: 5924-5936
  • DOI: 10.1002/chem.201600048
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of Heme Electronic Structure and Distal Polar Interaction on Functional and Vibrational Properties of Myoglobin. (2016)
  • Author(s): Kanai, Y., Nishimura, R., Nishiyama, K., Shibata, T., Yanagisawa, S., Ogura, T., Matsuo, T., Hirota, S, Neya, S., Suzuki, A. and Yamamoto, Y.
  • Journal Title: Inorganic Chemistry Volume: 55 Pages: 1613-1622
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.5b02520
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Manganese(V)-Oxo Complex: Synthesis by Dioxygen Activation and Enhancement of Its Oxidizing Power by Binding Scandium Ion. (2016)
  • Author(s): Hong, S., Lee, Y. M., Sankaralingam, M., Vardhaman, A. K., Park, Y. J., Cho, K. Ogura, T., Sarangi, R., Fukuzumi, S. and Nam, W.
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 138 Pages: 8523-8532
  • DOI: 10.1021/jacs.6b03874
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The functional role of the structure of the dioxo-isobacteriochlorin in the catalytic site of cytochrome cd1for the reduction of nitrite. (2016)
  • Author(s): Fujii, H., Yamaki, D., Ogura, T., & Hada, M.
  • Journal Title: Chem. Sci. Volume: 7 Pages: 2896-2906
  • DOI: 10.1039/c5sc04825g
  • Peer Reviewed
• [Presentation] チトクロムc酸化酵素の水素結合状態変化の酸素還元反応への影響 (2016)
  • Author(s): 青柳裕大, 西口達人, 新澤-伊藤 恭子, 吉川信也, 中島 聡, 小倉尚志
  • Organizer: 第54回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（つくば市）
  • Year and Date: 2016-11-25 – 2016-11-27
• [Presentation] 時間分解共鳴ラマン分光法によるチトクローム酸化酵素の共役機構 (2016)
  • Author(s): 中島 聡, 中川善之, 伊藤-新澤 恭子, 吉川信也, 小倉尚志
  • Organizer: 第54回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（つくば市）
  • Year and Date: 2016-11-25 – 2016-11-27
• [Presentation] Elucidating the mechanisms of proton pumping in cytochrome c oxidase by time resolved IR spectroscopy (2016)
  • Author(s): Chen Li, Tatsuhito Nishiguchi, Shun Yamauchi, Kyoko Shinzawa-Itoh, Shinya Yoshikawa, Satoru Nakashima, Takashi Ogura
  • Organizer: 第54回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（つくば市）
  • Year and Date: 2016-11-25 – 2016-11-27
• [Presentation] 共鳴ラマン分光法による2価コバラミンの軸配位子に依存した構造変化の検出 (2016)
  • Author(s): 三枝 馨, Abdullah Al Mamun, Pawel M. Kozlowski, 小倉尚志
  • Organizer: 第54回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（つくば市）
  • Year and Date: 2016-11-25 – 2016-11-27
• [Presentation] 四量体ヒトヘモグロビンにおける2つのα鎖に特有のFe-His結合と四次構造との関連 (2016)
  • Author(s): 長友重紀, 齋藤一弥, 長井雅子, 小倉尚志, 北川禎三
  • Organizer: 第54回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（つくば市）
  • Year and Date: 2016-11-25 – 2016-11-27
• [Presentation] 液滴衝突法による微量タンパク質の反応追跡 (2016)
  • Author(s): 小倉尚志, 渡部明莉, 西畑佳晃, 程上紗央里, 渡邉祥子, 柳澤幸子, 中島 聡
  • Organizer: 新学術領域「柔らかな分子系」第4回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋工業大学（名古屋市）
  • Year and Date: 2016-10-27 – 2016-10-28
• [Presentation] Catalytic Substrate Oxidation by Ruthenium(II)-Aqua Complexes Bearing N-Heterocyclic Carbene Ligands (2016)
  • Author(s): Shimoyama, Y., Ishizuka, T., Kotani, H., Mieda, K., Ogura, T., Shiota, Y., Kojima, T.
  • Organizer: 錯体化学会第66回討論会
  • Place of Presentation: 福岡大学（福岡市）
  • Year and Date: 2016-09-10 – 2016-09-12
• [Presentation] A new method of assaying the hydrogenase activity by means of Raman spectroscopy (2016)
  • Author(s): K. Nishikawa, S. Inomata, Y. Kawahara, K. Fukutani, T. Yagi, T. Ogura, & Y. Higuchi
  • Organizer: 11th International Hydrogenase Conference
  • Place of Presentation: Marseille (France).
  • Year and Date: 2016-07-10 – 2016-07-14
• [Presentation] 時間分解振動分光法によるチトクロームc酸化酵素のプロトンポンプ共役機構の研究 (2016)
  • Author(s): 中島 聡, 中川善之, Li Chen, 新澤-伊藤 恭子, 吉川信也, 小倉尚志
  • Organizer: 第43回生体分子科学討論会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（名古屋市）
  • Year and Date: 2016-06-24 – 2016-06-25
• [Presentation] キャビティ内に形成した三核銅中心の性質とマルチ銅酸化酵素との関連 (2016)
  • Author(s): 永田光知郎, 畑中 翼, 岩崎友哉, 小澤智宏, 猪股智彦, 小倉尚志, 舩橋靖博
  • Organizer: 第26回金属の関与する生体関連反応シンポジウム（SRM2016）
  • Place of Presentation: 北海道大学（札幌市）
  • Year and Date: 2016-06-17 – 2016-06-18
• [Presentation] チトクローム酸化酵素の反応サイトの時間分解ラマン分光法による動的構造解析 (2016)
  • Author(s): 中島 聡, 中川善之, 伊藤-新澤 恭子, 吉川信也, 小倉尚志
  • Organizer: 第16回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場（福岡市博多区石城町2-1）
  • Year and Date: 2016-06-07 – 2016-06-09
• [Presentation] X線自由電子レーザーを用いた、ポンプ・プローブ法によるチトクロム酸化酵素の時分割結晶構造解析 (2016)
  • Author(s): 波多野啓太, 島田敦広, 宮本朱梨, 馬場清喜, 山下 恵太郎, 久保 稔, 吾郷日出夫, 平田邦夫, 上野 剛, 村上宏典, 山本雅貴, 熊坂 崇, 山下栄樹, 小倉尚志, 月原冨武, 吉川信也.
  • Organizer: 第16回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場（福岡市博多区石城町2-1）
  • Year and Date: 2016-06-07 – 2016-06-09
• [Presentation] 酵素に結合した感応性化学種の振動分光法による選択的検出と反応機構 (2016)
  • Author(s): 小倉尚志, 渡邉祥子, 柳澤幸子, 中島 聡
  • Organizer: 新学術領域「感応性化学種」 第6回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 広島大学東広島キャンパス（東広島市鏡山）
  • Year and Date: 2016-05-20 – 2016-05-21
• [Book] フロンティア生物無機化学（第４章呼吸系を分担） (2016)
  • Author(s): 小倉尚志（伊東 忍・青野重利・林 高史編著）
  • Total Pages: 23（分担部分）
  • Publisher: 三共出版
• [Remarks] 兵庫県立大学 生命理学研究科 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/index-j.html