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補酵素結合型タンパク質の精密X線解析と生体触媒設計

研究課題

研究課題/領域番号 13125207
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関大阪市立大学

研究代表者

広津 建  大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 教授 (10047269)

研究分担者 森本 幸生  京都大学, 原子炉実験所, 教授 (80200450)
宮原 郁子  大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 講師 (40271176)
柴田 直樹  姫路工業大学, 大学院・理学研究科, 助手 (30295753)
安岡 則武  姫路工業大学, 理学部, 教授 (40029054)
研究期間 (年度) 2001 – 2003
研究課題ステータス 完了 (2003年度)
配分額 *注記
38,400千円 (直接経費: 38,400千円)
2003年度: 7,700千円 (直接経費: 7,700千円)
2002年度: 7,700千円 (直接経費: 7,700千円)
2001年度: 23,000千円 (直接経費: 23,000千円)
キーワードcomposite blocatalyst / glutamine amidotransferase / quinoprotein / pyridoxal phosphate / flavin / X-ray Crystallography / コンポジット触媒 / PLP酵素 / トレオニン合成酵素 / グルタミンアミノ基転移酵素 / CTP合成酵素 / 基質認識 / 結晶構造 / X線結晶解析 / アルギニノコハク酸合成酵素 / グルタミンアミドトランスフェラーゼ / 高度好熱菌 / 分子内チャネル / フラビン依存型酵素 / アミノ基転移酵素 / キノプロテイン / フラビン依存型酸化酵素 / ビルトイン補酵素
研究概要

天然のコンポジット触媒、PLP酵素およびFAD酵素を選び、それらの精密立体構造を、X線回折法を用いて決定した。次にこれらの酵素の基質認識、誘導適合、反応機構などの触媒機能を可能にするタンパク質の設計原理を解析した。
1.天然のコンポジット触媒の立体構造と反応場の設計
(1)イミダゾールグリセロールリン酸合成酵素。アンモニア合成部位と生成物合成部位を結ぶトンネルによるアンモニア輸送機構を提案した。
(2)CTP(シチジン5'-三リン酸)合成酵素。アンモニアのトンネル輸送機構、アロステリックGTP活性化機構、およびATPとUTP依存型構造変化と活性化を解析した。
(3)アルギノコハク酸合成酵素。基質認識機構を調べ、合成反応の擬時分割構造解析を行った。
(4)キノヘモプロテイン脱水素酵素。新規補酵素キノン補酵素(CTQ)を同定し、異常なチオエーテル架橋結合の発見した。さらに、分子内電子移動を考察した。
2.PLP酵素の立体構造と反応場の設計
(1)ヒスチジノールリン酸アミノ基転移酵素。基質二重認識を可能にする設計原理を解析した。
(2)分岐鎖アミノ酸アミノ基転移酵素。基質二重認識と反応機構を調べた。
(3)トレオニン合成酵素。PLP酵素に可能なすべての中間体を経過して反応が進む。基質認識、誘導適合、反応の立体化学など活性部位の設計原理を解析した。
(4)グルタミン/キヌレニンアミノ基転移酵素。高等動物で脳の高次機能にかかわる。基質二重認識と誘導適合について調べ、キヌレニン結合モデルを作成した。
3.FAD酵素の立体構造と反応場の設計
(1)中鎖アシル-CoA酸化酵素。脱水素酵素との比較に基づき、酸化酵素の設計原理を調べた。
(2)中鎖アシル-CoA脱水素酵素。遷移状態アナログ複合体の構造と量子化学計算に基づいて、遷移状態を解析した。

報告書

(4件)
  • 2003 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2002 実績報告書
  • 2001 実績報告書
  • 研究成果

    (59件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (59件)

  • [文献書誌] H.Mizuguchi, H.Hayashi, K.Okada, I.Miyahara, K.Hirotsu, H.Kagamiyama: "Strain is More Important than Electrostatic Interaction in Controlling the pKa of the Catalytic Group in Aspartate Aminotransferase."Biochemistry. 40(2). 353-360 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Haruyama, T.Nakai, I.Miyahara, K.Hirotsu, H.Mizuguchi, H.Hayashi, et al.: "Structures of Escherichia coli Histidinol-Phosphate Aminotransferase and Its Complexes with Histidinol-Phosphate and N-(5'-Phosphopyridoxyl)- L-Glutamate : Double Substrate Recognition of the Enzyme"Biochemistry. 40(15). 4633-4644 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Okada, K.Hirotsu, H.Hayashi, H.Kagamiyama: "Structures of Escherichia coli Branched-Chain Amino Acid Aminotransferase and Its Complexes with 4-Methylvalerate and 2-Methylleucine : Induced Fit and Substrate Recognition of the Enzyme"Biochemistry. 40(25). 7453-7463 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Tada, C-T.Lu, Y.Nakamura, K.Wada, I.Miyahara, K.Hirotsu, Y.Katsuya, M.Sawada, et al.: "Crystallization and preliminary X-ray analysis of a novel pectolytic enzyme polymethoxy-galactturonase AX1 from Trichosporon penicillatum"Acta Crystallogr D Biol Crystallogr. D57(3). 457-458 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Ura, T.Nakai, S.Kawaguchi, I.Miyahara, K.Hirotsu, S.Kuramitsu: "Substrate recognition mechanism of thermophilic dual-substrate enzyme"J.Biochem.. 130(1). 89-98 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Satoh, J-H.Kim, I.Miyahara, B.Devreese, I.Vandenberghe, A.Hacisalihoglu, et al.: "Crystal Structure of Quinohemoprotein Amine Dehydrogenase from Pseudomonas putida"J.Biol.Chem.. 277(4). 2830-2834 (2002)

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  • [文献書誌] M.Goto, Y.Nakajima, K.Hirotsu: "Crystal structure of argininosuccinate synthetase from Thermus thermophilus HB8. Structural basis for the catalytic action"J.Biol.Chem.. 277(18). 15890-15896 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] R.Omi, H.Mizuguchi, M.Goto, I.Miyahara, H.Hayashi, H.Kagamiyama, K.Hirotsu: "Structure of Imidazole Glycerol Phosphate Synthase from Thermus thermophilus HB8 : Open-Closed Conformational Change and Ammonia Tunneling."J Biochem.. 132(5). 759-765 (2002)

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  • [文献書誌] 佐藤敦子, 広津 建: "最近の研究から「ビルトイン補酵素を持つアミン脱水素酵素の構造研究 - 新規キノン補酵素と異常な分子内架橋-」"日本結晶学会誌. 44. 176-181 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Goto, Y.Agari, R.Omi, I.Miyahara, K.Hirotsu: "Expression, purification and preliminary X-ray characterization of N-acetyl-gamma-glutamyl-phosphate reductase from Thermus thermophilus HB8"Acta Crystallogr.D Biol.Crystallogr.. 59(2). 356-358 (2003)

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  • [文献書誌] M.Goto, R.Omi, J.Hoseki, N.Nakagawa, I.Miyahara, K.Hirotsu: "Expression, purification and preliminary X-ray characterization of CTP synthetase from Thermus thermophilus HB8."Acta Crystallogr D Biol Crystallogr. 59(3). 551-553 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Satoh, O.Adachi, K.Tanizawa, K.Hirotsu: "The active site structure of quinohemoprotein amine dehydrogenase inhibited by p-nitrophenyl-hydrazine"Biochimica et Biophysica Acta. 1647(1-2). 272-277 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Goto I.Miyahara H.Hayashi H.Kagamiyama, K.Hirotsu: "Crystal structures of branched-chain amino Acid aminotransferase complexed with glutamate and glutarate : true reaction intermediate and double substrate recognition of the enzyme."Biochemistry. 42(13). 3725-3733 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Gogo, R.Omi, I.Miyahara, M.Sugahara, K.Hirotsu: "Structures of Argininosuccinate Synthetase in Enzyme-ATP-Substrates and Enzyme-AMP-Product Forms : Stereochemistry of the Catalytic Reaction"J.Biol.Chem.. 278(25). 22964-22971 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] R.Omi, M.Goto, I.Miyahara, H.Mizuguchi, H.Hayashi, H.Kagamiyama, K.Hirotsu: "Crystal Structures of Threonine Synthase from Thermus thermophilus HB8 ; Conformational change, substrate recognition, and mechanism"J Biol Chem.. 278(46). 46035-46045 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 森本幸生: "蛋白質結晶学における二次元検出器の利用"日本結晶学会誌. 45. 289-294 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] R.Omi, M.Goto, N.Nakagawa, I.Miyahara, K.Hirotsu: "Expression, purification and preliminary X-ray characterization of histidinol phosphate phosphatase"Acta Crystallogr.D Biol.Crystallogr.. 60(3). 574-576 (2004)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Goto, R.Omi, I.Miyahara A.Hosono, H.Mizuguchi, H.Hayashi, H.Kagamiyama, K.Hirotsu: "Crystal structures of glutamine : phenylpyruvate aminotransferase from Thermus thermophilus HB8: induced fit and substrate recognition"J.Biol.Chem.. 279(16). 16518-16525 (2004)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Goto, R.Omi, N.Nakagawa, I.Miyahara, K.Hirotsu: "Crystal Structures of CTP Synthetase reveal ATP, UTP, and Glutamine Binding Sites"Structure. 12(In press). (2004)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Sato, N.Shibata, Y.Morimoto, Y.Takayama, K.Ozawa, H.Akutsu, Y.Higuchi, N.Yasuoka: "X-ray induced reduction of the crystal of high-molecular weight cytochrome c revealed by microspectrophotometry"J.Synchrotron Rad.. 11(pt1). 113-116 (2004)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 森本幸生他: "中性子科学への招待_中性子入門_"日本結晶学会誌. 46. 120-126 (2004)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Nakajima, I.Miyahara, K.Hirotsu, Y.Nishina, K.Shiga, C.Setoyama, H.Tamaoki: "Agency for Scientific Publ.Berlin (Eds.Chapman, S., Perham, R., Scrutton, N.)"Flavins and Flavoproteins. 6 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Mizuguchi, H.Hayashi, K.Okada, I.Miyahara, K.Hirotsu, H.Kagamiyama: "Strain is more important than electrostatic interaction in controlling the pKa of the catalytic group in aspartate aminotransferase."Biochemistry. 40. 353-360 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Haruyama, T.Nakai, I.Miyahara, K.Hirotsu, H.Mizuguchi, H.Hayashi, H.Kagamiyama: "Structures of Escherichia coli histidinol-phosphate aminotransferase and its complexes with histidinol-phosphate and N-(5'-phosphopyridoxyl)-L-glutamate : Double substrate recognition of the enzyme."Biochemistry. 40. 4633-4644 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Okada, K.Hirotsu, H.Hayashi, H.Kagamiyama: "Structures of Escherichia coli branched-chain amino acid aminotransferase and its complexes with 4-methylvalerate and 2-methylleucine : Induced fit and substrate recognition of the enzyme."Biochemistry. 40. 7453-7463 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Tada, C-T.Lu, Y.Nakamura, K.Wada, I.Miyahara, K.Hirotsu, Y.Katsuya, M.Sawada, M.Takao, T.Sakai, K.Nishimura: "Crystallization and preliminary X-ray analysis of novel pectolytic enzyme polymethoxy-galactturonase AX1 from Trichosporon penicillatum."Acta Cryst.. D57. 457-458 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Ura, T.Nakai, S.Kawaguchi, I.Miyahara, K.Hirotsu, S.Kuramitsu: "Substrate recognition mechanism of thermophilic dual-substrate enzyme."J. Biochem.. 130. 89-98 (2001)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Satoh, J-H.Kim, I.Miyahara, B.Devreese, I.Vandenberghe, A.Hacisalihoglu, T.Okajima, S.Kuroda, O.Adachi, J.A.Duine, J.Van Beeumen, K.Tanizawa, K.Hirotsu: "Crystal structure of quinohemoprotein amine dehydrogenase from Pseudomonas putida"J. Biol. Chem.. 277. 2830-2834 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Goto, Y.Nakajima, K.Hirotsu: "Crystal structure of argininosuccinate synthetase from Thermus thermophilus HB8. Structural basis for the catalytic action."J. Biol. Chem.. 277. 15890-15896 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] R.Omi, H.Mizuguchi, M.Goto, I.Miyahara, H.Hayashi, H.Kagamiyama, K.Hirotsu: "Structure of imidazole glycerol phosphate synthase from Thermus thermophilus HB8 : Open-closed conformational change and ammonia tunneling."J. Biochem.. 132. 759-765 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Goto, Y.Agari, R.Omi, I.Miyahara, K.Hirotsu: "Expression, purification and preliminary X-ray characterization of N-acetyl-gamma-glutamyl-phosphate reductase from Thermus thermophilus HB8."Acta Crystallogr. D Biol. Crystallogr.. 59. 356-358 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Goto, R.Omi, J.Hoseki, N.Nakagawa, I.Miyahara, K.Hirotsu: "Expression, purification and preliminary X-ray characterization of CTP synthetase from Thermus thermophilus HB8."Acta Crystallogr D Biol Crystallogr.. 59. 551-553 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Satoh, O.Adachi, K.Tanizawa, K.Hirotsu: "The active site structure of quinohemoprotein amine dehydrogenase inhibited by p-nitrophenyl-hydrazine."Biochimica et Biophysica Acta. 1647. 272-277 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Goto I.Miyahara H.Hayashi H.Kagamiyama, K.Hirotsu: "Crystal structures of branched-chain amino acid aminotransferase complexed with glutamate and glutarate : true reaction intermediate and double substrate recognition of the enzyme."Biochemistry. 42. 3725-3733 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Gogo, R.Omi, I.Miyahara, M.Sugahara, K.Hirotsu: "Structures of argininosuccinate synthetase in enzyme-ATP-substrates and enzyme-AMP-product forms : Stereochemistry of the catalytic reaction."J. Biol. Chem.. 278. 22964-22971 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] R.Omi, M.Goto, I.Miyahara, H.Mizuguchi, H.Hayashi, H.Kagamiyama, K.Hirotsu: "Crystal structures of threonine synthase from Thermus thermophilus HB8 : Conformational change, substrate recognition, and mechanism."J. Biol. Chem.. 278. 46035-46045 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] R.Omi, M.Goto, N.Nakagawa, I.Miyahara, K.Hirotsu: "Expression, purification and preliminary X-ray characterization of histidinol phosphate phosphatase."Acta Crystallogr. D Biol. Crystallogr.. 60. 574-576 (2004)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Goto, R.Omi, I.Miyahara A.Hosono, H.Mizuguchi, H.Hayashi, H.Kagamiyama, K.Hirotsu: "Crystal structures of glutamine : phenylpyruvate aminotransferase from Thermus thermophilus HB8 : induced fit and substrate recognition."J. Biol. Chem.. 279. 16518-16525 (2004)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Goto, R.Omi, N.Nakagawa, I.Miyahara, K.Hirotsu: "Crystal structures of CTP synthetase reveal ATP, UTP, and glutamine binding sites."Structure, in press. 12. (2004)

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  • [文献書誌] M.Sato, N.Shibata, Y.Morimoto, Y.Takayama, K.Ozawa, H.Akutsu, Y.Higuchi, N.Yasuoka: "X-ray induced reduction of the crystal of high-molecular weight cytochrome c revealed by microspectrophotometry."J. Synchrotron Rad.. 11. 113-116 (2004)

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  • [文献書誌] M.Goto, R.Omi, I.Miyahara, A.Hosono, H.Mizuguchi, et al.: "Crystal structures of glutamine : phenylpyruvate aminotransferase from Thermus thermophilus HB8 : Induced fit and substrate recognition"J.Biol.Chem.. (in press). (2004)

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  • [文献書誌] A.Satoh, Y.Nakajima, I.Miyahara, K.Hirotsu, et al.: "Structure of the transition state analog of medium-chain acyl-CoA dehydrogenase."J.Biochem.. 134(6). 297-304 (2003)

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  • [文献書誌] R.Omi, M.Goto, I.Miyahara, H.Mizuguchi, H.Hayashi, et al.: "Crystal structures of threonine synthase from Thermus thermophilus HB8: conformational change, substrate recognition, and mechanism"J.Biol.Chem.. 278(46). 46035-46045 (2003)

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  • [文献書誌] M.Goto, R.Omi, I.Miyahara, M.Sugahara, K.Hirotsu: "Structures of Argininosuccinate Synthetase in Enzyme-ATP-Substrates and Enzyme-AMP-Product Forms : Stereochemistry of the Catalytic Reaction"J.Biol.Chem.. 278(25). 22964-22971 (2003)

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  • [文献書誌] A.Satoh, O.Adachi, K.Tanizawa, K.Hirotsu: "The active site structure of quinohemoprotein amine dehydrogenase inhibited by p-nitrophenyl-hydrazine"Biochimica et Biophysica Acta. 1647(1-2). 272-277 (2003)

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  • [文献書誌] C.Setoyama, Y.Nishina, H.Tamaoki, H.Mizutani, I.Miyahara, K.Hirotsu, K.Shiga, R.Miura: "Effects of hydrogen bonds in association with flavin and substrate in flavoenzyme D-amino acid oxidase. The catalytic and structural roles of Gly313 and Thr317"Journal of Biochemistry. 131(1). 59-69 (2002)

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  • [文献書誌] M.Goto, Y.Agari, R.Omi, I.Miyahara, K.Hirotsu: "Expression, purification and preliminary X-ray characterization of N-acetyl-gamma-glutamyl-phosphate reductase from Thermus thermophilus HB8"Acta Crystallogr. D BioL Crystallogr. 59(2). 356-358 (2003)

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      2002 実績報告書
  • [文献書誌] M.Goto, R.Omi, J.Hoseki, N.Nakagawa, I.Miyahara, K.Hirotsu: "Expression, purification and preliminary X-ray characterization of CTP synthetase from Thermus thermophilus HB8"Acta Crystallogr D Biol Crystallogr. 59(3). 551-553 (2003)

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  • [文献書誌] Y.Nakajima, I.Miyahara, K.Hirotsu, et al.: "Structural Comparison of Acyl-CoA Oxidase-II from Rat liver (Eds. S. Chapman, R. Perham, N. Scrutton, Flavins and Flavoproteins)"Agency for Scientific Publ. Berlin. 6 (2002)

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      2002 実績報告書
  • [文献書誌] H.Mizuguchi, H.Hayashi, K.Okada, I.Miyahara, K.Hirotsu, et al.: "Strain is More Important than Electrostatic Interaction in Controlling the pKa of the Catalytic Group in Aspartate Aminotransferase"Biochemistry. 40(2). 353-360 (2001)

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  • [文献書誌] H.Ura, T.Nakai, Si.Kawaguchi, I.Miyahara, K.Hirotsu, S.Kuramitsu: "Substrate recognition mechanism of thermophilic dual-substrate enzyme"The Journal of Biochemistry. 130(1). 89-98 (2001)

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公開日: 2001-04-01   更新日: 2018-03-28  

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