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ヘムを含む一原子酸素添加酵素P450における水素イオン取り込み機構

研究課題

研究課題/領域番号 13680750
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 生物物理学
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

島田 秀夫  慶應義塾大学, 医学部, 助教授 (80095611)

研究期間 (年度) 2001 – 2002
研究課題ステータス 完了 (2002年度)
配分額 *注記
3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
2002年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2001年度: 2,600千円 (直接経費: 2,600千円)
キーワードチトクロムP450 / 水素イオン / X-線構造 / 水素結合のネットワーク / 酸素 / 酸素のO-O開裂 / 部位特異的アミノ酸置換 / シトクロームP450 / アミノ酸置換 / 水 / 水素イオン供給 / プロリン / Zn^<2+> / ペプチド / X線結晶構造解析 / ミオグロビン / 過酸化水素 / ハイドロペルオキシ型
研究概要

P450の触媒過程で、活性中心に酸素原子が過渡的に生成され、これがその強い反応性のため基質である有機物質を水酸化する。酸素原子は酸素分子のO-O結合が不均等開裂して生じる(これを酸素活性化と呼ぶ)。この開裂反応には2当量の水素イオンが必須であるので、水素イオンの供給経路と供給機構は、酸素活性化機構の理解に重要である。しかし、その経路はまだ議論中でよく理解されていない。カンファー水酸化反応を触媒するP450camにおいて、内部の活性部位から分子表面近くに延びた水素結合のネットワークを我々は提唱している。今回、そのネットワークに酵素外部から水素イオンが供給される仕組みを研究した。上記ネットワークに近接する分子表面アスパラギン酸(D)残基に注目し、この残基を水素イオンと解離会合ができないアスパラギン(N)、ロイシン(L)、そしてバリンに変異させた。変異が一原子酸素添加反応、酵素の構造、そして水素イオン供給反応の及ぼす効果をX線結晶構造解析などの方法を用いて検討した。その結果、DをNに置換すると、水素イオンの供給が律速する酸素化型酵素の崩壊反応速度が激減するため、分子表面Dを介して水素イオンが内部のネットワークに供給されることが示唆された。しかし、Lでは、酸素化型酵素の崩壊反応速度の低下は少なく矛盾した。変異酵素の構造を検討すると、このL残基側鎖の温度因子が大きく、したがって、側鎖は大きく揺らいでいる。そのため水分子が直接内部のネットワークに水素イオンを供給する可能性が分子表面解析から示唆された。したがってP450の場合、表面の特定アミノ酸残基を介したP450camで認められる水素イオンの取り込み機構と直接水分子が運ぶ少なくとも二つの機構が存在することが、本研究から提唱できる。
また酸素と可逆的に結合するミオグロビンは、過酸化水素と反応させるとO-O結合の切断を起こし、生じた酸素原子が有機化合物の酸素添加反応を起こす。P450による一原子酸素添加反応の格好のモデルとなる。今回このミオグロビンを用いてペルオキシ型反応中間体を捕らえることに成功し、O-O結合の切断反応に及ぼすアミノ酸残基の役割を実証することに成功した。

報告書

(3件)
  • 2002 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2001 実績報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2004 2003 2001 その他

すべて 雑誌論文 (14件) 文献書誌 (8件)

  • [雑誌論文] Vibronic coupling between Soret and higher-energy excited states in iron(II) porphyrins : Raman excitation profiles of A_<2g> modes in the Soret region2004

    • 著者名/発表者名
      Egawa, T., et al.
    • 雑誌名

      J.Phys.Chem. 108

      ページ: 568-577

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Refolding Processes of Cytochrome P450_<cam> from Ferric and Ferrous Acid Forms to the Native Conformation : Formations of Folding Intermediates with Non-Native Heme Coordination State.2004

    • 著者名/発表者名
      Egawa, T., et al.
    • 雑誌名

      J.Biol.Chem. 279

      ページ: 32008-32017

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Vibronic coupling between Soret and higher-energy excited states in iron(II) porphyrins : Raman excitation profiles of A_<2g> modes in the Soret region.2004

    • 著者名/発表者名
      Egawa, T., Suzuki, N., Dokoh, T., Higuchi, T., Shimada, H., Kitagawa, T., Ishimura, Y.
    • 雑誌名

      J.Phys.Chem. 108

      ページ: 568-577

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Refolding Processes of Cytochrome P450_<cam> from Ferric and Ferrous Acid Forms to the Native Conformation : Formations of Folding Intermediates with Non-Native Heme Coordination State.2004

    • 著者名/発表者名
      Egawa, T., Hishiki, T., Ichikawa, Y., Kanamori, Y., Shimada, H., Takahashi, S., Kitagawa, T., Ishimura, Y.
    • 雑誌名

      J.Biol.Chem. 279

      ページ: 32008-32017

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Kinetic and Spectroscopic Characterization of Hydroperoxy Compound in the Reaction of Native Myoglobin with Hydrogen Peroxide2003

    • 著者名/発表者名
      Egawa, T., et al.
    • 雑誌名

      J.Biol.Chem. 278

      ページ: 41597-41606

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] NMR Study on the Structural Changes of Cytochrome P450cam upon the Complex Formation with Putidaredoxin : Functional Significance of the Putidaredoxin-induced Structural Changes2003

    • 著者名/発表者名
      Tosha, T., et al.
    • 雑誌名

      J.Biol.Chem. 278

      ページ: 39809-39821

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Infrared Spectroscopic and Mutational Studies on Putidaredoxin-induced Conformational Changes in Ferrous CO-P450cam2003

    • 著者名/発表者名
      Nagano, N., et la.
    • 雑誌名

      Biochemistry 42

      ページ: 14507-14514

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Kinetic and Spectroscopic Characterization of Hydroperoxy Compound in the Reaction of Native Myoglobin with Hydrogen Peroxide.2003

    • 著者名/発表者名
      Egawa, T., Yoshioka, S., Takahashi, S., Hori, H., Nagano, S., Shimada, H., Ishimori, K., Morishima, I., Suematsu, M., Ishimura, Y.
    • 雑誌名

      J.Biol.Chem. 278

      ページ: 41597-41606

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] NMR Study on the Structural Changes of Cytochrome P450cam upon the Complex Formation with Putidaredoxin : Functional Significance of the Putidaredoxin-induced Structural Changes.2003

    • 著者名/発表者名
      Tosha, T., Yoshioka, S., Takahashi, T., Ishimori, K., Shimada, H., Morishima, I.
    • 雑誌名

      J.Biol.Chem. 278

      ページ: 39809-39821

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Infrared Spectroscopic and Mutational Studies on Putidaredoxin-induced Conformational Changes in Ferrous CO-P450cam.2003

    • 著者名/発表者名
      Nagano, N., Shimada, H., Tarumi, A., Hishiki, T., Kimata-Ariga, Y., Egawa, T., Suematsu, M., Park, S-Y., Adachi, S., Shiro, Y., Ishimura, Y.
    • 雑誌名

      Biochemistry 42

      ページ: 14507-14514

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Cytochrome P450cam-putidaredoxin interaction2001

    • 著者名/発表者名
      Shimada, H., et al.
    • 雑誌名

      J.Inorg.Biochem. 83

      ページ: 255-260

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Elucidation of the differences between the 430-and 455-nm absorbing forms of P450-isocyanide adducts by resonance Raman spectroscopy2001

    • 著者名/発表者名
      Tomita, T., et al.
    • 雑誌名

      J.Biol.Chem. 276

      ページ: 36261-36267

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Cytochrome P450cam-putidaredoxin interaction.2001

    • 著者名/発表者名
      Shimada, H., Nagano, S., Hori, H., Ishimura, Y.
    • 雑誌名

      J.Inorg.Biochem. 83

      ページ: 255-260

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Elucidation of the differences between the 430- and 455-nm absorbing forms of P450-isocyanide adducts by resonance Raman spectroscopy.2001

    • 著者名/発表者名
      Tomita, T., Ogo, S., Egawa, T., Shimada, H., Okamoto, N., Imai, Y., Watanabe, Y., Ishimura, Y., Kitagawa, T.
    • 雑誌名

      J.Biol.Chem. 276

      ページ: 36261-36267

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 永野 真吾: "プチダレドキシンの結合によって安定化されるP450camの活性型構造"生化学. 74. 1029 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 堀 洋: "基質カンファー存在下でのプリダレドキシン・P450cam複合体 : EPR、FTIRを用いた解析"生物物理. 42. S60 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 下方 國稔: "ウシチトクロム酸化酵素のプロトン能動輸送におよぼすAsp51Asn(サブユニットI)変異の影響"生物物理. 42. S62 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 広瀬 修一: "高いカタラーゼ活性を有する西洋ワサビペルオキシダーゼの作製とそおカタラーゼ活性上昇機構の解明"生物物理. 42. (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Kunitoshi Shimokata: "Asp51Asn mutation of bovine heart cytochrome c oxidase subunit I"Biochimi. Biophys. Acta EBEC Short Report. 12. 105 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 市川 祐介: "P450camの分子表面残基Asp182 :Val-, Asn-, Leu-変異酵素の性質と結晶構造"生化学. 73. 874 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 下方 國稔: "ウシ/ヒトハイブリッドチトクロム酸化酵素の発現系の構築"生物物理. 41. S115 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Tomita, T.: "Elucidation of the differences between the 430- and 455-nm absorbing forms of P450-isocyanide adducts by resonance Raman spectroscopy"J.Biol.Chem.. 276. 36261 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書

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公開日: 2001-04-01   更新日: 2016-04-21  

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