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補欠分子族含有酵素におけるプロトン・電子移動の協同的制御機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 15K05573
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 生体関連化学
研究機関大阪医科大学

研究代表者

林 秀行  大阪医科大学, 医学部, 教授 (00183913)

研究分担者 村川 武志  大阪医科大学, 医学部, 助教 (90445990)
研究協力者 庄司 光男  
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2016年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2015年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワード酵素反応機構 / プロトン移動 / 電子移動 / エネルギー準位図 / 反応駆動力 / X線結晶解析 / 反応速度論 / 補欠分子族 / 触媒反応機構 / キノタンパク質 / トーパキノン / 解離基 / pH依存性 / 遷移相速度論 / 銅イオン / ピリドキサールリン酸 / ハロゲン化物イオン
研究成果の概要

生体内で起こる化学反応の触媒である酵素は水素イオンと電子の移動を円滑に進行させているが,その駆動力の由来についてはまだ十分に検討がなされていない.本研究においてはその移動の機構を見通しよく探るための方法論を開発した.これは反応中間体を水素イオンと電子の数によって分類して並べ,それらのもつエネルギーを縦軸に取った鳥瞰図を描き,さらに精密な構造との対応付けを行うことで,酵素の触媒反応がどのような構造的な力をもとにどのような道筋で進行するかということを明らかにするものである.その成果はアミン酸化酵素やトレオニン合成酵素といった生理的,産業的に重要な酵素の反応機構の解明に応用された.

研究成果の学術的意義や社会的意義

今までの酵素反応機構の研究は現象の追跡に終始していたが,本研究はその現象がどのような力によってもたらされているかという,本質的な要因を明確にする方法論を確立したところに学術的な意義がある.また,この方法論によって酵素反応機構を明らかにする研究の方向性が明確になることは,現在,洗剤などの日常生活から薬品や各種素材の製造といった工業分野に至るまで酵素の触媒能力が応用されている領域において,望みの機能を持った酵素の開発を容易にすることにつながるという社会的意義がある.

報告書

(5件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 2015 実施状況報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2018 2017 2016 2015

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] In crystallo thermodynamic analysis of conformational change of the topaquinone cofactor in bacterial copper amine oxidase2018

    • 著者名/発表者名
      Murakawa Takeshi、Baba Seiki、Kawano Yoshiaki、Hayashi Hideyuki、Yano Takato、Kumasaka Takashi、Yamamoto Masaki、Tanizawa Katsuyuki、Okajima Toshihide
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 116 号: 1 ページ: 135-140

    • DOI

      10.1073/pnas.1811837116

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular Mechanism of the Reaction Specificity in Threonine Synthase: Importance of the Substrate Conformations2017

    • 著者名/発表者名
      Ujiie Yuzuru,Tanaka Wataru,Hanaoka Kyohei,Harada Ryuhei,Kayanuma Megumi,Shoji Mitsuo,Murakawa Takeshi,Ishida Toyokazu,Shigeta Yasuteru,Hayashi Hideyuki
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 121 号: 22 ページ: 5536-5543

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.7b02932

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Role of the Tyr270 residue in 2-methyl-3-hydroxypyridine-5-carboxylic acid oxygenase from Mesorhizobium loti.2017

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi J., Yoshida H., Yagi T., Kamitori S., Hayashi H., Mizutani K., Takahashi N., Mikami B.
    • 雑誌名

      J. Biosci. Bioeng.

      巻: 123 号: 2 ページ: 154-162

    • DOI

      10.1016/j.jbiosc.2016.07.022

    • NAID

      40021112404

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Probing the Catalytic Mechanism of Copper Amine Oxidase from Arthrobacter globiformis with Halide Ions.2015

    • 著者名/発表者名
      Murakawa, T., Hamaguchi, A., Nakanishi, S., Kataoka, M., Nakai, T., Kawano, Y., Yamaguchi, H., Hayashi, H., Tanizawa, K., and Okajima, T.
    • 雑誌名

      J. Biol. Chem.

      巻: 290 号: 38 ページ: 23094-23109

    • DOI

      10.1074/jbc.m115.662726

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] ヒスチジノールリン酸アミノトランスフェラーゼの基質認識機構2018

    • 著者名/発表者名
      林秀行,村川武志
    • 学会等名
      日本化学会第98春季年会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] トレオニン合成酵素の反応機構2018

    • 著者名/発表者名
      町田康博,村川武志,境晶子,林秀行
    • 学会等名
      日本ビタミン学会第70回大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Strain as the driving force for catalysis in aspartate aminotransferase2016

    • 著者名/発表者名
      Hideyuki Hayashi and Takeshi Murakawa
    • 学会等名
      V Russian Congress on Biochemistry
    • 発表場所
      Sochi, Russian Federation
    • 年月日
      2016-10-04
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Energetics of the proton-transfer mechanism in aspartate aminotransferase2015

    • 著者名/発表者名
      Hideyuki Hayashi, Takeshi Murakawa, Mitsuo Shoji, Yasuteru Shigeta
    • 学会等名
      Pacifichem 2015
    • 発表場所
      Honolulu, USA
    • 年月日
      2015-12-15
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] "Super-closed” structure of aspartate aminotransferase unveils the mechanism for the substate-induced transaldimination process2015

    • 著者名/発表者名
      Hideyuki Hayashi, Takeshi Murakawa, Ikuko Miyahara
    • 学会等名
      Biocatalysis-2015
    • 発表場所
      Moscow, Russia
    • 年月日
      2015-06-21
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2020-03-30  

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