| 研究課題/領域番号 |
16370056
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
機能生物化学
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
齋藤 正男 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (70302239)
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| 研究分担者 |
松井 敏高 東北大学, 多元物質科学研究所, 講師 (90323120)
海野 昌喜 東北大学, 多元物質科学研究所, 助手 (10359549)
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| 研究期間 (年度) |
2004 – 2005
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| 研究課題ステータス |
完了 (2005年度)
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| 配分額 *注記 |
15,700千円 (直接経費: 15,700千円)
2005年度: 6,800千円 (直接経費: 6,800千円)
2004年度: 8,900千円 (直接経費: 8,900千円)
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| キーワード | ヘム / ヘムオキシゲナーゼ / X線結晶構造解析 / 反応中間体 / 酸素活性化 / パーオキシ型ヘム / 反応機構 / 結晶構造解析 |
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| 研究概要 |
ヘムオキシゲナーゼ(HO)はヘムを3段階の酸素添加反応によって分解し、最終的にビリベルジンへと変換する酵素である。本研究では、精密反応解析・分光学的微細構造解析・結晶構造解析を軸としてHO反応機構の完全解明を目標としている。主な対象は、HO反応の第1段階(ヘム水酸化)および第3段階(ベルドヘム開環)であり、特に、HOで初めて確認されたパーオキシ型活性種の生成・活性化機構に注目して研究を進めた。
[第1段階]パーオキシ型活性種の前駆体である酸素結合型HO結晶を低温X線照射により還元する手法を開発し、パーオキシ型HOの結晶構造解析を目指した。パーオキシ種の生成は結晶の分光測定により確認でき、1.65Åでの構造解析に成功した。現在、活性種結晶からのプロダクト生成を確認中である。また溶液状態においては、酸素結合型HOからのパーオキシ活性種の生成素過程を直接観測し、酸素結合型が還元に伴って非常に効率的にプロトン化されることを明らかにした。プロトンソースとなる活性中心の水素結合ネットワーク、特に直近の水分子は、生成したパーオキシ種の活性化においても重要であることを変異体の反応および構造解析により示した。さらに、パーオキシ種から生成する可能性のある高原子価ヘム錯体の観測に初めて成功し、高原子価錯体は第1段階の活性種とはなり得ないことを直接証明した。
[第3段階]ベルドヘム開環はヘム分解の主な律速段階であるにもかかわらず、その機構は全く不明であったが、1)酸素との反応により生成する中間体を見いだし、2)開環は過酸化水素に依存しても起きうることを示し、3)第1段階と同様にパーオキシ型活性種が生成することを初めて提案できるに至った。また、HOの生理機能発現に関する様々な知見が得られ、今後の生理・細胞生物学的研究の発展に繋がることが期待される。
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