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新規開発NMR法によるH^+-ATP合成酵素回転触媒機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 14208082
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 生物物理学
研究機関大阪大学

研究代表者

阿久津 秀雄  大阪大学, 蛋白質研究所, 教授 (60029965)

研究分担者 藤原 敏道  大阪大学, 蛋白質研究所, 助教授 (20242381)
八木 宏昌  大阪大学, 蛋白質研究所, 助手 (70332749)
研究期間 (年度) 2002 – 2004
研究課題ステータス 完了 (2004年度)
配分額 *注記
48,490千円 (直接経費: 37,300千円、間接経費: 11,190千円)
2004年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2003年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2002年度: 37,700千円 (直接経費: 29,000千円、間接経費: 8,700千円)
キーワード溶液NMR / 固体NMR / H^+-ATP合成酵素 / 区分安定同位体標識 / βサブユニット / モータータンパク質 / 構造解析 / サブユニットc / 巨大タンパク質 / サブユニットC / F_1βサブユニット / 区分安定同位体標識法
研究概要

H^+-ATP合成酵素は生体膜に形成される電気化学ポテンシャルを用いてATPを合成する重要な酵素である。本酵素は回転触媒を行うという特異の性質を持つ。この酵素は水相に存在するF_1ドメインと膜中に存在するF_0ドメインからなる。本研究では、の回転のキーをなすβサブユニットのリガンド結合による構造変化の実態解明とサブユニットcの構造解析を中心に進めた。βサブユニットは分子量5万のため、標識部位が異なる4種の区分標識体を作成して主鎖シグナルの90%を帰属した。帰属したCα,Cβ,C',Nの化学シフト値からTALOSを用いて2次構造を推定し、ADPを加えた時に起こる化学シフト値の変化からおおよその構造変化領域を特定した。さらにN末端およびC末端のみが標識されているもので残余双極子相互作用(RDC)をそれぞれについて測定し、N末端とC末端の相対配置の決定を試みた。2次構造予測、化学シフト摂動の結果からこれらの領域は固い構造をとっていてヌクレオチドに対する影響もない部分である。RDCを使って計算した結果、N末端とC末端の相対配置はADPがある場合ではopen、ない場合ではclosedに近い結果が得られた。以上よりβサブユニットは単体のみでもα_3β_3γ複合体で見られたようなopenからclosedへの構造変化を起こすことが示唆された。このことからリガンド結合によって引き起こされるβサブユニットの構造変化はF_1の回転の駆動力になりうることが明らかになった。さらに、H^+-ATP合成酵素の膜に埋まっている部分であるF_0ドメインを構成するcサブユニットの^<13>C,^<15>N均一標識試料を得て、有機溶媒中での構造決定を行った。およびその固体構造についても固体NMRで解析を行い、二次構造についての情報を得た。この結果はc-ringの回転メカニズム解明に重要な示唆を与えるものである。

報告書

(4件)
  • 2004 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2003 実績報告書
  • 2002 実績報告書
  • 研究成果

    (30件)

すべて 2004 2003 2002 その他

すべて 雑誌論文 (15件) 図書 (1件) 文献書誌 (14件)

  • [雑誌論文] Signal assignments and chemical-shift structural analysis of uniformly ^<13>C, ^<15>N-labeled peptide, Mastoparan-X, by multidimensional solid-state NMR under magic-angle spinning2004

    • 著者名/発表者名
      T.Fujiwara
    • 雑誌名

      J.Biomol.NMR 28

      ページ: 311-352

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書 2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Precision ^1H-^1H distance measurement via ^<13>C NMR signals : Utilization of the ^1H-^1H double-zuantum dipolar interactions recoupled under MAS conditions2004

    • 著者名/発表者名
      Y.Matsuki
    • 雑誌名

      Magn.Reson.Chem. 42

      ページ: 291-300

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書 2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] A conformational change of H^+-ATPase β monomer revealed on segmental isotope labeling NMR spectroscopy2004

    • 著者名/発表者名
      H.Yagi
    • 雑誌名

      J.Am.Chem.Soc. 126

      ページ: 16621-16638

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書 2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Signal assignments and chemical-shift structural analysis of uniformly ^<13>C, ^<15>N-labeled peptide, Mastoparan-X, by multidimensional solid-state NMR under magic-angle spinning2004

    • 著者名/発表者名
      T.Fujiwara
    • 雑誌名

      J.Biomol.NMR Vol.28

      ページ: 311-352

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Precision ^1H-^1H distance measurement via ^<13>C NMR signals : Utilization of the ^1H-^1H double-quantum dipolar interactions recoupled under MAS conditions2004

    • 著者名/発表者名
      Y.Matsuki
    • 雑誌名

      Magn.Reson.Chem. Vol.42

      ページ: 291-300

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] A conformational change of H^+-ATPase β monomer revealed on segmental isotope labeling NMR spectroscopy2004

    • 著者名/発表者名
      H.Yagi
    • 雑誌名

      J.Am.Chem.Soc. Vol.126

      ページ: 16632-16638

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] X-ray induced reduction of the crystal of high-molecular weight cytochrome c revealed by microspectrometry2004

    • 著者名/発表者名
      M.Sato
    • 雑誌名

      J.Synchrotron Rad. 11

      ページ: 113-116

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Correlation between the g tensors and the nonplanarity of porphyrin rings in Desulfovibrio vulgaris Miyazaki F cytochrome c_3 studied by single crystal EPR2004

    • 著者名/発表者名
      T.Saitoh
    • 雑誌名

      Bull.Chem.Soc.Jpn. 77

      ページ: 357-363

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Roles of non-coordinated aromatic residues in redox regulation of cytochrome c3 from Desulfovibrio vulgaris Miyazaki F2004

    • 著者名/発表者名
      Y.Takayama
    • 雑誌名

      Biochemistry 43

      ページ: 10859-10866

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Band-selective recoupling of homonuclear double-quantum dipolar interaction with a generalized composite degrees pulse : application to ^<13>C aliphatic region-selective magnetization transfer in solids2003

    • 著者名/発表者名
      Y.Matsuki
    • 雑誌名

      J.Magn.Reson. 162

      ページ: 54-66

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Phase-modulated heteronuclear decoupling in NMR of solids2003

    • 著者名/発表者名
      A.K.Khitrin
    • 雑誌名

      J.Magn.Reson. 162

      ページ: 46-53

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Band-selective recoupling of homonuclear double-quantum dipolar interaction with a generalized composite degrees pulse : application to ^<13>C aliphatic region-selective magnetization transfer in solids2003

    • 著者名/発表者名
      M.Matsuki
    • 雑誌名

      J.Magn.Reson. Vol.162

      ページ: 54-66

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Phase-modulated heteronuclear decoupling in NMR of solids2003

    • 著者名/発表者名
      A.K.Khitrin
    • 雑誌名

      J.Magn.Reson. Vol.162

      ページ: 46-53

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Synthesis of a membrane protein with two transmembrane regions2002

    • 著者名/発表者名
      T.Sato
    • 雑誌名

      J.Peptide Sci. 8

      ページ: 172-180

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Synthesis of a membrane protein with two transmembrane regions2002

    • 著者名/発表者名
      T.Sato
    • 雑誌名

      J.Peptide Sci. Vol.8

      ページ: 172-180

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [図書] NMR分光法-原理から応用まで-(日本分光学会測定法シリーズ41)2003

    • 著者名/発表者名
      阿久津秀雄
    • 総ページ数
      260
    • 出版者
      学会出版センター
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.K.Khitrin: "Phase-modulated heteronuclear decoupling in NMR of solids"J Magn.Reson.. 162. 46-53 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Matsuki: "Band-selective recoupling of homonuclear double-quantum dipolar interaction with a generalized composite degrees pulse : application to ^<13>C aliphatic resion-selective magnetization transfer in solids"J.Magn.Reson.. 162. 54-66 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Matsuki: "Precision 1H-^1H distance measurement via ^<13>C NMR signals: Utilization of the ^1H-^1H double-quantum dipolar interactions recoupled under MAS conditions"Magn.Reson.Chem.. 42. 291-300 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] T.Fujiwara: "Signal assignments and chemical-shift structural analysis of uniformly ^<13>C,^<15>N-labeled peptide, Mastparan X, by multidimensional solid-state NMR under magic angle spinning"J.Biomol.NMR. (in press).

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] M.Sato: "X-ray induced reduction of the crystal of high-molecular-weight cytochrome c revealed by microspectrometry"J.Synchrotron Rad.. 11. 113-116 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] T.Saitoh: "Correlation between the g tensors and the nonplanarity of porphyrin rings in Desulfovibrio vulgaris Miyazaki F cytochrome c3, studied by single crystal EPR"Bull.Chem.Soc.Jpn.. 77. 357-363 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 阿久津秀雄 他3名編: "NMR分光法-原理から応用まで- (日本分光学会測定法シリーズ41)"学会出版センター. 260 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] T.Sato 他7名: "Synthesis of a membrane protein with two transmembrane regions"J.Peptide Sci.. 8. 172-180 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] A.Y.Nosaka 他4名: "Characterization of water in TiO_2 photocatalytic systems by solid state ^1H-NMR spectrescopy"Chem.Lett.. 200L. 420-421 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] K.Sugase 他7名: "Designing analogs of mini atrial ratriuretic paptide based on structural analysis by NMR and restrained molecular dynamics"J.Med.Chem.. 45. 881-887 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] E.Harada 他6名: "Redox-coupled confermational althernations in cytochrome C_3 from D.unlgaris Miyazaki F on the basis of its neduced solution structure"J.Mol.Biol.. 319. 767-778 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] E.Hanada 他8名: "A dinectional electron transfer regulation based on heme-chain anchitecture in the small tetraheme cytochrome c fine Shenauel Dueidens"FEBS Cett.. 532. 333-337 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Y.-H.Lee 他6名: "Backbone NMR assiginments of the metal-free UneE from Bacillus pasteurii"J.Biomol.NMR. 24. 361-362 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 田之倉優, 村松知成, 阿久津秀雄訳: "生化学キーノート"シュプリンガー・フェアラーク東京. 460 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書

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公開日: 2002-04-01   更新日: 2016-04-21  

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