膜タンパク質の生理分子科学

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Molecular Science for Supra Functional Systems ? Development of Advanced Methods for Exploring Elementary Process
• Project/Area Number: 22018026
• Research Institution: University of Hyogo
• Principal Investigator: 小倉 尚志 兵庫県立大学, 大学院・生命理学研究科, 教授 (70183770)
• Keywords: ミトコンドリア / 酸化的リン酸化 / チトクロムc酸化酵素 / 酸素活性化 / プロトンポンプ / 呼吸調節 / 共鳴ラマン / リン脂質小胞

Research Abstract

ミトコンドリアにおける酸化的リン酸化によるATP合成は、好気的生物の主要なエネルギー変換反応である。ADP濃度が低いときは電子伝達速度が低下する事が知られており、"呼吸調節"と呼ばれている。これは、生理的に重要な調節であり、プロトン濃度勾配により電子伝達速度の制御が行われていることを意味するが、その分子機構は不明である。本研究では、チトクロムc酸化酵素(CcO)をリン脂質小胞に再構成したCOVをモデル系として、呼吸調節の分子機構解明に挑戦する。この目的のため、COV中のCcOの共鳴ラマンスペクトルを測定して、活性部位であるヘムおよびその近傍の構造を詳しく調べる。
還元型COVとCcOの共鳴ラマンスペクトルを比較したところ、COV中ではCcOに比べてタンパク内でヘムの位置がずれることが示唆された。次に色素ローダミン123をプローブとして分光的に膜電位の生成をモニターする実験系を構築した。この系を用いて、チトクロムcからの電子伝達により膜を隔てたΔΨとΔpHが両方存在する状態の共鳴ラマンスペクトルを測定したところ、ヘムαの電子密度が低下するとともに、ヘムα_3の鉄-ヒスチジン結合に変化がある事がわかった。つぎにΔΨのみが存在するときの共鳴ラマンスペクトルを調べた。結果を総合すると、ヘムの構造変化を引き起こすのはΔpHであることがわかった。したがって、ヘムの構造はプロトン輸送経路のアミノ酸残基のプロトン化状態の違いにより変化する、というのが一つの解釈である。

Research Products

• [Journal Article] Spectroscopic and computational characterization of Cu^<II>-OOR (R=H or cumyl) complexes bearing a Me_6-tren ligand (2011)
  • Author(s): Yu Jin Choi, et al.
  • Journal Title: Dalton Trans. Volume: 40 Pages: 2234-2241
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Post-translational His-Cys Cross Linkage Formation in Tyrosinase Induced by Copper(II)-Peroxo Species (2011)
  • Author(s): Nobutaka Fujieda, et al.
  • Journal Title: J.Am.Chem.Soc. Volume: 133 Pages: 1180-1183
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Resonance Raman study on the oxygenated and the ferryl-oxospecies of indoleamine 2, 3-dioxygenase during catalytic turnover (2011)
  • Author(s): Sachiko Yanagisawa, et al.
  • Journal Title: Faraday Disc. Volume: 148 Pages: 239-247
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Important Roles of Tyr43 at the Putative Heme Distal Side in Oxygen Recognition and Stability of the Fe(II)-O_2 Complex of YddV, a Globin-coupled Heme-based Oxygen Sensor Diguanylate Cyclase (2010)
  • Author(s): Kenichi Kitanishi, et al.
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 49 Pages: 10381-10393
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Specific Interaction of L-Tryptophan with CO of CO-Bound Indoleamine 2,3-Dioxygenase Identified by Resonance Raman Spectroscopy (2010)
  • Author(s): Sachiko Yanagisawa, et al.
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 49 Pages: 10081-10088
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis, Structural and Spectroscopic Characterization, and Reactivities of Mononuclear Cobalt(III)-Peroxo Complexes (2010)
  • Author(s): Jaeheung Cho, et al.
  • Journal Title: J.Am.Chem.Soc. Volume: 132 Pages: 16977-16986
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Low-Spin Ruthenium(IV)-Oxido Complex : Does the Spin State Have an Impact on the Reactivity? (2010)
  • Author(s): Takahiko Kojima, et al.
  • Journal Title: Angew.Chem.Int.Ed. Volume: 49 Pages: 8449-8453
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reversible O-O Bond Cleavage and Formation between Mn(IV)-Peroxo and Mn(V)-Oxo Corroles (2010)
  • Author(s): Sun Hee Kim, et al.
  • Journal Title: J.Am.Chem.Soc. Volume: 132 Pages: 14030-14032
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cell-free synthesis of cytochrome c oxidase, a multicomponent membrane protein (2010)
  • Author(s): Yukie Katayama, et al.
  • Journal Title: J.Bioener.and Biomemb. Volume: 42 Pages: 235-240
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nickel(II) Complexes of tpa Ligands with 6-Phenyl Substituents (Phntpa). Structure and H_2O_2-Reactivity (2010)
  • Author(s): T.Tano, et al.
  • Journal Title: Bull.Chem.Soc.Jpn. Volume: 83 Pages: 530-538
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A square-planar Ni(II) complex with an N_2S_2 donor set similar to the active centre of nickel-containing superoxide dismutase and its reaction with superoxide (2010)
  • Author(s): D.Nakane, et al.
  • Journal Title: Chem.Commun. Volume: 46 Pages: 2142-2144
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ヘム鉄の電子密度の変化を通したミオグロビンの機能調節機構の解明 (2011)
  • Author(s): 西村龍, その他
  • Organizer: 日本化学会第91春季年会
  • Place of Presentation: 神奈川大学(神奈川県)
  • Year and Date: 2011-03-29
• [Presentation] CuA近傍のアミノ酸残基へ部位特異的変異導入をしたチロシナーゼにおけるペルオキソ活性酸素種の特性評価 (2011)
  • Author(s): 藤枝伸宇, その他
  • Organizer: 日本化学会第91春季年会
  • Place of Presentation: 神奈川大学(神奈川県)
  • Year and Date: 2011-03-29
• [Presentation] CuB近傍のアミノ酸残基へ部位特異的変異を導入したチロシナーゼにおけるペルオキソ活性酸素種の特性評価 (2011)
  • Author(s): 藪田真太郎, その他
  • Organizer: 日本化学会第91春季年会
  • Place of Presentation: 神奈川大学(神奈川県)
  • Year and Date: 2011-03-29
• [Presentation] 単核ルテニウムヘテロポリタングステン酸錯体を触媒とする水の酸化反応機構 (2011)
  • Author(s): 村上将人, その他
  • Organizer: 日本化学会第91春季年会
  • Place of Presentation: 神奈川大学(神奈川県)
  • Year and Date: 2011-03-27
• [Presentation] 時間分解共鳴ラマン分光法によるCO光解離後のチトクロムc酸化酵素の構造緩和過程の追跡 (2011)
  • Author(s): 石上泉, その他
  • Organizer: 日本化学会第91春季年会
  • Place of Presentation: 神奈川大学(神奈川県)
  • Year and Date: 2011-03-27
• [Presentation] リン脂質小胞に再構成したチトクロムc酸化酵素の共鳴ラマン分光 (2011)
  • Author(s): 野村高志, その他
  • Organizer: 日本化学会第91春季年会
  • Place of Presentation: 神奈川大学(神奈川県)
  • Year and Date: 2011-03-27
• [Presentation] 高酸化型鉄ポルフィリンの共鳴ラマンスペクトル:軸配位子の陰性度及び2位の嵩高さがFe=O伸縮振動に及ぼす影響 (2011)
  • Author(s): 石丸裕士, その他
  • Organizer: 日本化学会第91春季年会
  • Place of Presentation: 神奈川大学(神奈川県)
  • Year and Date: 2011-03-27
• [Presentation] CO結合型インドールアミン2,3ジオキシゲナーゼへのTrpの光学異性体依存的相互作用の検出:共鳴ラマン分光法 (2011)
  • Author(s): 柳澤幸子, その他
  • Organizer: 日本化学会第91春季年会
  • Place of Presentation: 神奈川大学(神奈川県)
  • Year and Date: 2011-03-27
• [Presentation] 単核銅(II)アルキルペルオキソ錯体の性質に及ぼす配位子の効果 (2011)
  • Author(s): 太農哲朗, その他
  • Organizer: 日本化学会第91春季年会
  • Place of Presentation: 神奈川大学(神奈川県)
  • Year and Date: 2011-03-26
• [Presentation] インドールアミンジオキシゲナーゼの反応中間体活性部位の構造解析:共鳴ラマン分光法 (2010)
  • Author(s): 小倉尚志
  • Organizer: 大阪大学蛋白質研究所セミナー:蛋白質の機能-構造相関解明のための精密構造解析とその方法～水素原子から細胞まで～
  • Place of Presentation: 大阪大学(大阪府)
  • Year and Date: 20101006-20101007
• [Presentation] ペルオキシダーゼ反応中間体モデル錯体の共鳴ラマンスペクトル (2010)
  • Author(s): 石丸裕士, その他
  • Organizer: 第60回錯体化学討論会
  • Place of Presentation: 大阪国際交流センター(大阪府)
  • Year and Date: 20100927-20100930
• [Presentation] Femtosecond-Laser-Based Highly-Sensitive Time-Resolved IR Spectrometer for Studying Enzyme Reactions under Physiological Conditions (2010)
  • Author(s): Minoru Kubo, et al.
  • Organizer: 第48回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城県)
  • Year and Date: 20100920-20100922
• [Presentation] Resonance Raman study on the oxygenated and the ferryl-oxo species of indoleamine 2, 3-dioxygenase (2010)
  • Author(s): Sachiko Yanagisawa, et al.
  • Organizer: 第48回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城県)
  • Year and Date: 20100920-20100922
• [Presentation] Interaction between Substrate and Dioxygen in the Enzyme/Substrate/Dioxygen Ternary Complex of Indoleamine Dioxygenase as Probed with Resonance Raman Spectroscopy (2010)
  • Author(s): Takashi Ogura, et al.
  • Organizer: 第48回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城県)
  • Year and Date: 20100920-20100922
• [Presentation] Resonance Raman Evidence for Heme-heme interaction in Cytochrome c Oxidase (2010)
  • Author(s): Miyuki Sakaguchi, et al.
  • Organizer: 第48回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城県)
  • Year and Date: 20100920-20100922
• [Presentation] Structural Analysis of Transcriptional Factor NPAS2 by Resonance Raman Spectroscopy (2010)
  • Author(s): Yuko Misumi, et al.
  • Organizer: 第48回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城県)
  • Year and Date: 20100920-20100922
• [Presentation] Structural Relaxation of Cytochrome c Oxidase after CO photolysis : Assignment of a Heme Peripheral Raman Mode (2010)
  • Author(s): Izumi Ishigami, et al.
  • Organizer: 第48回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城県)
  • Year and Date: 20100920-20100922
• [Presentation] 高輝度フェムト秒レーザーを用いた時間分解赤外分光装置の開発 (2010)
  • Author(s): 久保稔, その他
  • Organizer: 分子科学討論会2010
  • Place of Presentation: 大阪大学(大阪府)
  • Year and Date: 20100914-20100917
• [Presentation] Resonance Raman Identification of a Fe^<IV>=O Type Reaction Intermediate During Indoleamine 2, 3-Dioxygenase Reaction (2010)
  • Author(s): Takashi Ogura, et al.
  • Organizer: The XXII^<th> International Conference on Raman Spectroscopy
  • Place of Presentation: Boston Park Plaza Hotel (USA)
  • Year and Date: 20100808-20100813
• [Presentation] Distinct binding geometries of CO to L-Trp-and D-Trp-bound indoleamine 2, 3-dioxygenase as probed with resonance Raman spectroscopy (2010)
  • Author(s): Sachiko Yanagisawa, et al.
  • Organizer: Faraday Discussions 148, Spectroscopy, Theory and Mechanisms in Bioinorganic Chemistry
  • Place of Presentation: University of Nottingham (UK)
  • Year and Date: 20100705-20100706
• [Presentation] Resonance Raman study on the oxygenated and the ferryl-oxo species of indoleamine 2, 3-dioxygenase during catalytic turnover (2010)
  • Author(s): Takashi Ogura, et al.
  • Organizer: Faraday Discussions 148, Spectroscopy, Theory and Mechanisms in Bioinorganic Chemistry
  • Place of Presentation: University of Nottingham (UK)
  • Year and Date: 2010-07-06
• [Presentation] インドールアミンジオキシゲナーゼの共鳴ラマンスペクトル (2010)
  • Author(s): 柳澤幸子, その他
  • Organizer: 第37回生体分子科学討論会
  • Place of Presentation: 山口大学(山口県)
  • Year and Date: 2010-06-19
• [Remarks]
  • URL: http://www.sci.u-hyogo.ac.jp/life/biophys2/MolBiophys_II_main/home_j.html