2020 Fiscal Year Annual Research Report
ヘム酵素が生成する酸化活性種の精密構造解析
Publicly Offered Research
| Project Area | Non-equilibrium-state molecular movies and their applications |
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| Project/Area Number |
20H05452
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
杉本 宏 国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学研究センター, 専任研究員 (90344043)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | XFEL / ヘム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ヘム酵素の活性中心は酸素を結合し、高酸化状態のFe(IV)を経由して様々な酸化反応を触媒する例が数多くある。分子状酸素ではなく過酸化水素を用いて物質を酸化するペルオキシダーゼの場合にも、Fe(III)に結合した過酸化水素のO-O結合が開裂した後に、Fe(IV)を含む酸化活性種として２種類の中間体を経由することが長年提案されてきた。本課題では、分光的に捉えられているヘム酵素の反応中間体について、無損傷のX線結晶回折データを取得して精密構造解析を行うことで、従来の結晶解析や分光学法だけでは明らかにすることができなかったFe-O結合の性質やプロトン化状態などの化学的性質の解明を目指している。本年度はヘム酵素である大豆由来アスコルビン酸ペルオキシダーゼ（APX）および酵母シトクロムcペルオキシダーゼ（CcP）についての反応中間体の無損傷構造解析を英国の研究者と共同で行った。これらの２つの酵素の結晶をいずれもCompound IIという中間状態で凍結トラップする方法を確立し、SACLAで固定ターゲット（SF-ROX）法を用いた無損傷構造解析データを収集した。APX結晶については合計147個の結晶から8,904枚のX線回折のヒット画像から8,746枚の画像の指数付けが可能で、分解能1.5 オングストロームのデータセットが得られた。CcP結晶については、合計149個の結晶から10303枚のヒット画像から 9145枚の画像の指数付けを行い分解能1.06 オングストロームのデータセットの取得に成功した。とくにCcPについては超高分解能のX線回折データが得られたことから、構造解析によってFe-O結合の結合距離やプロトン化状態、水素原子の位置を詳細に明らかにすることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ペルオキシダーゼのデータ収集と構造解析はほぼ完了している。CcPについては超高分解能のX線回折データが得られ、各アミノ酸の水素原子の位置についても決定できており、水素結合のネットワークを明らかにできた。また、構造精密化の結果、Fe-O結合の結合距離を高い精度で決定した。APXについてはデータ分解能が1.5オングストロームであるため水素の位置を実験的に得ることができなかったが、Fe-O結合の距離を高い精度で精密化することができ、水素原子が結合したFe(IV)-OHの状態であると結論付けた。
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| Strategy for Future Research Activity |
ヘム酵素は生物界に数多く存在しており、酸化還元反応によって物質変換・エネルギー変換・シグナル伝達など様々な生命現象に関わる。固定ターゲット法による無損傷構造解析法を他のヘム酵素やヘム獲得タンパク質の構造解析にも適応して精密構造解析を進める。
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[Journal Article] XFEL Crystal Structures of Peroxidase Compound II2021
Author(s)
Kwon, H., Basran, J., Pathak, C., Hussain, M., Freeman, S. L., Fielding, A. J., Bailey, A. J., Stefanou, N., Sparkes, H. A., Tosha, T., Yamashita, K., Hirata, K., Murakami, H., Ueno, G., Ago, H., Tono, K., Yamamoto, M., Sawai, H., Shiro, Y., Sugimoto, H., Raven, E., Moody, P. C. E.
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Journal Title
Angewandte Chemie International Edition
Volume: -
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
