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新奇環状反応中間体の立体構造に基づくニトリル水和酵素触媒機構の全容解明

研究課題

研究課題/領域番号 15H03832
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 生体関連化学
研究機関秋田大学

研究代表者

尾高 雅文  秋田大学, 理工学研究科, 教授 (20224248)

研究分担者 野口 恵一  東京農工大学, 学内共同利用施設等, 准教授 (00251588)
松村 洋寿  秋田大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (60741824)
連携研究者 黒木 良太  独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, ユニット長 (30391246)
養王田 正文  東京農工大学, 大学院工学研究院, 教授 (50250105)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2017年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2016年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2015年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円)
キーワード触媒反応機構 / 反応中間体 / 翻訳後修飾 / 時間分割結晶構造解析 / 顕微分光法 / SFX / XFEL / 時間分割構造解析 / 中性子構造解析 / 質量分析 / FTIR
研究成果の概要

ニトリル水和酵素(NHase)は、非ヘム鉄に配位したニトリル炭素をαCys-SO-配位子の側鎖O原子が求核攻撃することで環状反応中間体を形成する。シリアルフェムト秒時間分割構造解析(SFX)を用いて環状中間体形成以降の触媒反応機構を明らかにするため、以下の研究を行った。既知の立体構造をもとにしたQM/MM法によって環状中間体に作用すると予測されたβTyr37の変異体の結晶構造を決定した。また、顕微紫外可視吸収スペクトル法によって触媒反応中間体の補足に成功した。更に、SFXに使用可能なNHase微結晶の作成条件の最適化を行った。

報告書

(4件)
  • 2017 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2017 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 4件、 招待講演 4件)

  • [国際共同研究] Stanford University(U.S.A.)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] Stanford University(米国)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] Catalytic Mechanism of Nitrile Hydratase Subsequent to Cyclic Intermediate Formation: A QM/MM Study2016

    • 著者名/発表者名
      M. Kayanuma, M. Shoji, M. Yohda, M. Odaka, Y. Shigeta
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 123(13) 号: 13 ページ: 3259-3266

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.5b11363

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Time-resolved crystal structures of the reaction intermediate of nitrile hydrase reveal a role for the cystein-sulfenic acid ligand as a catalyst nucleophile2015

    • 著者名/発表者名
      Yasuaki Yamanaka, Yuki Kato, Koichi Hashimoto, Keisuke Iida, Kazuo Nagasawa, Hiroshi Nakayama, Naoshi Dohmae, Keiichi Noguchi, Takumi Noguchi, Masafumi Yohda, and Masafumi Odaka
    • 雑誌名

      Angew. Chem., Int. Ed.

      巻: 54 号: 37 ページ: 10763-10767

    • DOI

      10.1002/anie.201502731

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spectroscopic and Computational Studies of Nitrile Hydratase: Insights into Geometric and Electronic Structure and the Mechanism of Amide Synthesis2015

    • 著者名/発表者名
      Light KM, Yamanaka Y, Odaka M, Solomon EI.
    • 雑誌名

      Chem. Sci.

      巻: 6 ページ: 6280-6294

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Time-resolved crystal structures of the reaction intermediate of nitrile hydratase: revealing a role of cysteine sulfinic acid ligand as a catalytic nucleophile2017

    • 著者名/発表者名
      Yamanaka, Y. Kato, K. Hashimoto, K. Iida, K. Nagasawa, H. Nakayama, N. Dohmae, K. Noguchi, T. Noguchi, M. Yohda, and M. Odaka
    • 学会等名
      5th Symposium on Advanced Biological Inorganic Chemistry
    • 発表場所
      Kolkata, India
    • 年月日
      2017-01-07
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ニトリルヒドラターゼの触媒反応機構解析-時間分割結晶構造解析に向けた取組2017

    • 著者名/発表者名
      林 英輝、高畑祥平、北條晴佳、松村洋寿、當舎武彦、久保 稔、杉本 宏、野口恵一、養王田正文、尾高雅文
    • 学会等名
      第12回バイオ関連化学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ニトリルヒドラターゼの触媒反応機構解析-時間分解紫外可視顕微分光スペクトル解析2017

    • 著者名/発表者名
      林 英輝、高畑祥平、北條晴佳、松村洋寿、野村高志、當舎武彦、城 宜嗣、野口恵一、養王田正文、尾高雅文
    • 学会等名
      酵素工学研究会第78回講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] βTyr37置換変異体によるニトリルヒドラターゼの触媒機構解析2017

    • 著者名/発表者名
      髙畑祥平、北條晴佳、松村洋寿、野口恵一、養王田正文、尾髙雅文
    • 学会等名
      酵素工学研究会第78回講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ニトリルヒドラターゼの触媒反応機構解析-シリアルフェムト秒結晶構造解析に向けた取組2017

    • 著者名/発表者名
      林 英輝、北條晴佳、松村洋寿、小川信明、野村高志、當舎武彦、城 宜嗣、野口恵一、養王田正文、尾高雅文
    • 学会等名
      2017年度量子ビームサイエンスフェスタ
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Time-resolved crystal structures of the reaction intermediate of nitrile hydratase reveal a role for the cysteine-sulfenic acid ligand as a nucleophile2016

    • 著者名/発表者名
      Yasuaki Yamanaka, Yuki Kato, Koichi Hashimoto, Keisuke Iida, Kazuo Nagasawa, Hiroshi Nakayama, Naoshi Dohmae, Keiichi Noguchi, Takumi Noguchi, Masafumi Yohda, and Masafumi Odaka
    • 学会等名
      KMB2016 International Symposium and Annual Meeting
    • 発表場所
      Daejeon, Korea
    • 年月日
      2016-06-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Time-Resolved Crystallography of the Reaction Intermediate of Nitrile Hydratase: Revealing a Role for the Cysteinesulfenic Acid Ligand as a Catalytic Nucleophile2016

    • 著者名/発表者名
      Masafumi Odaka
    • 学会等名
      8th Japan-Korea Seminars on Biomolecular Science: Experiments and Simulation
    • 発表場所
      岡崎
    • 年月日
      2016-02-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 時間分割構造解析によるニトリルヒドラターゼ反応中体の捕捉と反応機構解析2016

    • 著者名/発表者名
      尾高雅文
    • 学会等名
      酵素工学研究会第76回講演会
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Snapshots of the reaction intermediate of nitrile hydratase reveal a role for the cysteine-sulfenic acid ligand as a catalytic nucleophile2015

    • 著者名/発表者名
      Masafumi Odaka, Yasuaki Yamanaka, Yuki Kato, Koichi Hashimoto, Keisuke Iida, Kazuo Nagasawa, Hiroshi Nakayama, Naoshi Dohmae, Keiichi Noguchi, Takumi Noguchi, and Masafumi Yohda
    • 学会等名
      The 17th International Conference on Biological Inorganic Chemistry(ICBIC17)
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 年月日
      2015-07-20
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ニトリルヒドラターゼの時間分割構造解析-新規環状中間体構造の決定と触媒反応モデルの構築2015

    • 著者名/発表者名
      山中 保明、加藤 祐樹、野口 恵一、野口 巧、養王田 正文、尾高 雅文
    • 学会等名
      第42回生体分子科学討論会
    • 発表場所
      高崎
    • 年月日
      2015-06-12
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2022-08-26  

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