呼吸鎖末端酵素における効率的エネルギー変換機構の普遍性と多様性の構造基盤

• 研究課題/領域番号: 15K07029
• 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: 生物物理学
• 研究機関: 兵庫県立大学
• 研究代表者: 村本 和優 兵庫県立大学, 生命理学研究科, 准教授 (50305679)
• 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: 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: 生物物理 / ナノバイオ / 蛋白質 / 酵素 / 呼吸鎖 / 生体エネルギー変換 / X線結晶構造解析 / 酵素反応速度論的解析

研究成果の概要

ミトコンドリア内膜や細菌細胞膜にある呼吸鎖は、酸化還元反応（電子伝達）で放出されるエネルギーを利用して水素イオンを移動し、生命活動に利用可能なエネルギーを効率的に生産する。エネルギー変換の分子機構を理解するために、呼吸鎖末端酵素ファミリーの分子構造と機能の研究を行った。その結果、酵素触媒部位および水素イオン移動経路の構造的性質、酵素とその電子供与体とでの電子伝達の機能的特性が示された。

研究成果

• [国際共同研究] Stockholm University(Sweden)
• [国際共同研究] University of Liverpool(United Kingdom)
• [雑誌論文] Characterization of the Quinol-dependent Nitric Oxide Reductase from the Pathogen Neisseria meningitidis, an Electrogenic Enzyme (2018)
  • 著者名/発表者名: N. Gonska, D. R. Young, R. Yuki, T. Okamoto, T. Hisano, S. V. Antonyuk, S. S. Hasnain, K. Muramoto, Y. Shiro, T. Tosha, P. Adelroth
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 8: 3637 号: 1 ページ: 3637-3637
  • DOI: 10.1038/s41598-018-21804-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Mg2+-containing Water Cluster of Mammalian Cytochrome c Oxidase Collects Four Pumping Proton Equivalents in Each Catalytic Cycle (2016)
  • 著者名/発表者名: Yano N, Muramoto K, Shimada A, Takemura S, Baba J, Fujisawa H, Mochizuki M, Shinzawa-Itoh K, Yamashita E, Tsukihara T, Yoshikawa S.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 291 号: 46 ページ: 23882-23894
  • DOI: 10.1074/jbc.m115.711770
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] X-ray structure of cyanide-bound bovine heart cytochrome c oxidase in the fully oxidized state at 2.0 angstrom resolution. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yano N, Muramoto K, Mochizuki M, Shinzawa-Itoh K, Yamashita E, Yoshikawa S, Tsukihara
  • 雑誌名: Acta Cryst. F 巻: 71 号: 6 ページ: 726-730
  • DOI: 10.1107/s2053230x15007025
  • 査読あり
• [学会発表] 髄膜炎菌由来一酸化窒素還元酵素の結晶化と速度論的解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岡本拓也、Arif Jamali、村本和優、當舎武彦、城宜嗣
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会第42回討論会
• [学会発表] Crystallization of quinol-dependent Nitric oxide reductase from Neisseria Meningitis. (2017)
  • 著者名/発表者名: Arif M. M. Jamali, Kazumasa Muramoto,Takehiko Tosha ,Yoshitsugu Shiro
  • 学会等名: University of Hyogo Leading Program International Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] pKa analysis of the proton transfer pathway in respiratory A-type heme-copper oxygen reductase. (2017)
  • 著者名/発表者名: 村本和優
  • 学会等名: 日本生物物理学会第55回年会
• [学会発表] 緑膿菌一酸化窒素還元酵素によるシトクロムc551およびアズリン酸化反応の速度論的解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 村本和優、大畠海人、當舎武彦、城宜嗣
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会第42回討論会
  • 発表場所: 名古屋工業大学（名古屋市）
  • 年月日: 2016-12-19
• [学会発表] 髄膜炎菌由来一酸化窒素還元酵の活性測定と結晶化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 結城力、岡本拓也、David Young、村本和優、當舎武彦、城宜嗣
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会第42回討論会
  • 発表場所: 名古屋工業大学（名古屋市）
  • 年月日: 2016-12-19
• [学会発表] Structural analysis of the proton transfer pathway in respiratory heme-copper oxygen reductase superfamily. (2016)
  • 著者名/発表者名: 村本和優
  • 学会等名: 日本生物物理学会第54回年会
  • 発表場所: つくば国際会議場（つくば市）
  • 年月日: 2016-11-25
• [学会発表] Structural and functional characterization of nanodisc-reconstituted cytochrome cbb3 oxidase from Vibrio cholerae. (2016)
  • 著者名/発表者名: Inoue M, Shibata A, Imai M, Uchida T, Muramoto K, Shiro Y, Yoshikawa S, Ishimori K.
  • 学会等名: 日本生物物理学会第54回年会
  • 発表場所: つくば国際会議場（つくば市）
  • 年月日: 2016-11-25
• [学会発表] High-resolution crystal structure of cytochrome c oxidase reveals the mechanism of highly efficient proton pumping. (2016)
  • 著者名/発表者名: Shimada A, Yano N, Muramoto K, Yamashita E, Shinzawa-Itoh K, Tsukihara T, Yoshikawa S.
  • 学会等名: 日本生物物理学会第54回年会
  • 発表場所: つくば国際会議場（つくば市）
  • 年月日: 2016-11-25
• [学会発表] Detailed crystal structural studies of bovine cytochrome oxidase to elucidate the coupling mechanism of dioxygen reduction and proton pump. (2016)
  • 著者名/発表者名: 月原冨武、島田敦広、矢野直峰、村本和優、新澤・伊藤恭子、山下栄樹、吉川信也
  • 学会等名: 本生物物理学会第54回年会
  • 発表場所: つくば国際会議場（つくば市）
  • 年月日: 2016-11-25
• [学会発表] The Mg2+-containing water cluster of mammalian cytochrome c oxidase collects four pumping proton equivalents in each catalytic cycle. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshikawa S, Yano N, Muramoto K, Shimada A, Baba J, Mochizuki M, Shinzawa-Itoh K, Yamashita E, Tsukihara T.
  • 学会等名: The 19th European Bioenergetics Conference
  • 発表場所: Riva del Garda (Italy)
  • 年月日: 2016-07-02
  • 国際学会
• [学会発表] 髄膜炎菌由来一酸化窒素還元酵素の精製と結晶化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 結城力、岡本拓也、David Young、村本和優、當舎武彦、城宜嗣
  • 学会等名: 第16回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 福岡国際会議場（福岡市）
  • 年月日: 2016-06-07
• [学会発表] チトクロム酸化酵素の様々な反応中間体及び反応中間体類似物の構造から提唱されるプロトンポンプ機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 島田敦広、馬場淳平、山下栄樹、村本和優、伊藤-新澤恭子、月原冨武、吉川信也
  • 学会等名: 第16回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 福岡国際会議場（福岡市）
  • 年月日: 2016-06-07
• [学会発表] 呼吸鎖電子伝達系プロトンポンプ性酸素還元酵素の電子伝達活性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 村本和優
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会第41回討論会
  • 発表場所: 東京大学 文京区
  • 年月日: 2015-12-21
• [学会発表] Co-crystallization and kinetic analysis of nitric oxide reductase and electron transfer proteins from Pseudomonas aeruginosa. (2015)
  • 著者名/発表者名: Oobatake K, Muramoto K, Tosha T, Shiro Y
  • 学会等名: 第3回ピコバイオロジー研究所国際シンポジウム
  • 発表場所: 兵庫県立先端科学技術支援センター 赤穂郡上郡町
  • 年月日: 2015-12-08
  • 国際学会
• [学会発表] Purification and crystallization of quinol-dependent nitric oxide reductase from Neisseria meningitides. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuki R, Muramoto K, Tosha T, Shiro Y
  • 学会等名: 第3回ピコバイオロジー研究所国際シンポジウム
  • 発表場所: 兵庫県立先端科学技術支援センター 赤穂郡上郡町
  • 年月日: 2015-12-08
  • 国際学会
• [学会発表] Structural analysis of respiratory O2 reductase in the reaction intermediate state. (2015)
  • 著者名/発表者名: 村本和優
  • 学会等名: 日本生物物理学会第53回年会
  • 発表場所: 金沢大学 金沢市
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] 緑膿菌由来一酸化窒素還元酵素と電子供与タンパク質の精製及び共結晶化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大畠海人、村本和優、當舎武彦、城宜嗣
  • 学会等名: 第15回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: あわぎんホール 徳島市
  • 年月日: 2015-06-24
• [学会発表] 高分解能X 線結晶構造解析によるチトクロム酸化酵素の酸素還元・プロトンポンプ機構の解明 (2015)
  • 著者名/発表者名: 月原冨武、島田敦広、島田悟、武村秀平、馬場淳平、村本和優、山下栄樹、伊藤・新澤恭子、吉川信也
  • 学会等名: 第15回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: あわぎんホール 徳島市
  • 年月日: 2015-06-24
• [学会発表] チトクロム酸化酵素内のMgを含む水クラスターが酸素取り込み前に4等量のプロトンを蓄積することで、高効率プロトンポンプ反応を可能にする (2015)
  • 著者名/発表者名: 島田敦広、矢野直峰、武村秀平、村本和優、山下栄樹、伊藤・新澤恭子、前田友子、月原冨武、吉川信也
  • 学会等名: 第15回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: あわぎんホール 徳島市
  • 年月日: 2015-06-24
• [学会発表] Purification and co-crystallization of nitric oxide reductase and electron transfer proteins from Pseudomonas aeruginosa. (2015)
  • 著者名/発表者名: Oobatake K, Muramoto K, Tosya T, Shiro Y
  • 学会等名: RIKEN Symposium “Metals in Biology” in Wako
  • 発表場所: 理研和光キャンパス 和光市
  • 年月日: 2015-06-16