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酵素活性中心の構造変化とゆらぎにリンクする触媒反応遷移状態の制御機構

研究課題

研究課題/領域番号 16KT0055
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金
応募区分特設分野
研究分野 遷移状態制御
研究機関大阪大学

研究代表者

岡島 俊英  大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (10247968)

研究分担者 中井 忠志  広島工業大学, 生命学部, 准教授 (00333344)
庄司 光男  筑波大学, 計算科学研究センター, 助教 (00593550)
村川 武志  大阪医科大学, 医学部, 助教 (90445990)
研究期間 (年度) 2016-07-19 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円)
2018年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2017年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2016年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円)
キーワードゆらぎ / 酵素 / 反応機構 / 遷移状態 / 中性子構造解析 / 銅アミン酸化酵素 / 補酵素 / 中性子結晶構造 / 銅 / 反応中間体
研究成果の概要

銅アミン酸化酵素の中性子構造解析の結果、トパキノン(TPQ)補酵素のプロトン化状態から、通常のエノール型に加え、ケト型TPQが含まれていることがわかった。いずれもが平面性を失った歪んだ構造を取っていることも明らかとなった。また、反応中間体の構造変化に関して詳細なデータが得られた。本酵素の触媒反応過程において、活性中心構造の精密な変化あるいはひずみ、ゆらぎによって、反応促進、すなわち遷移状態のエネルギーの低減が図られていることを解明することができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で決定されたアミン酸化酵素の中性子構造は、これまでに報告されている中で最大サイズのタンパク質であり、その新規な活性中心構造を含め、国際的にも高く評価された。また、酵素の触媒反応を加速化させる構造基盤の一端を解明に成功しており、酵素活性中心の動き、歪み、およびゆらぎが遷移状態の影響していることが判明した。その知見は有用酵素の改良にも役立つものと考えられる。

報告書

(5件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (33件)

すべて 2020 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 3件、 招待講演 7件) 備考 (10件)

  • [雑誌論文] Neutron crystallography of copper amine oxidase reveals keto/enolate interconversion of the quinone cofactor and unusual proton sharing2020

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Murakawa, Kazuo Kurihara, Mitsuo Shoji, Chie Shibazaki, Tomoko Sunami, Taro Tamada, Naomine Yano, Taro Yamada, Katsuhiro Kusaka, Mamoru Suzuki, Yasuteru Shigeta, Ryota Kuroki, Hideyuki Hayashi, Takato Yano, Katsuyuki Tanizawa, Motoyasu Adachi, Toshihide Okajima
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 印刷中 号: 20 ページ: 10818-10824

    • DOI

      10.1073/pnas.1922538117

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] In crystallo thermodynamic analysis of the catalytic reaction in bacterial copper amine oxidase2020

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Murakawa, Seiki Baba, Toshihide Okajima
    • 雑誌名

      SPring-8/SACLA Research Frontiers

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 銅含有アミン酸化酵素触媒反応におけるコンホメーション変化のin crystallo熱力学解析2019

    • 著者名/発表者名
      村川武志,馬場清喜,岡島俊英
    • 雑誌名

      生化学

      巻: 91 号: 4 ページ: 565-571

    • DOI

      10.14952/SEIKAGAKU.2019.910565

    • NAID

      40022022855

    • ISSN
      0037-1017
    • 年月日
      2019-08-25
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [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 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 銅アミン酸化酵素のトパキノン補酵素生合成反応における中間体形成の分光学的解析・速度論的解析2020

    • 著者名/発表者名
      酒井克輝、佐々木康、村川武志、谷澤克行、岡島俊英
    • 学会等名
      日本農芸化学会2020年度大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Structural basis for conformational change of the topaquinone cofactor during the catalytic reaction of bacterial copper amine oxidase2019

    • 著者名/発表者名
      Toshihide Okajima, Takeshi Murakawa, Seiki Baba, Satoshi Kanagawa, Hideyuki Hayashi, Takato Yano, Takashi Kumasaka, and Katsuyuki Tanizawa
    • 学会等名
      33rd Annual Symposium of The Protein Society
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 銅含有アミン酸化酵素触媒機構の“in crystallo” 熱力学的解析2019

    • 著者名/発表者名
      村川武志
    • 学会等名
      第42回 SPring-8先端利用技術ワークショップ/大阪大学蛋白質研究所セミナー
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 銅アミン酸化酵素の中性子構造解析と動的構造2019

    • 著者名/発表者名
      岡島俊英
    • 学会等名
      日本学術振興会回折構造生物第169委員会中性子・放射光連携小委員会合同研究会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 銅アミン酸化酵素の基質アミン複合体構造に基づく基質認識機構の解析2018

    • 著者名/発表者名
      金川哲士,村川武志,谷澤克行,岡島俊英
    • 学会等名
      第18回日本蛋白質科学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 銅アミン酸化酵素の補酵素生合成における初期反応中間体の解析2018

    • 著者名/発表者名
      佐々木康,村川武志,谷澤克行,岡島俊英
    • 学会等名
      酵素補酵素研究会2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 銅アミン酸化酵素の基質アミン複合体構造に基づく基質認識機構及び基質特異性の改変2018

    • 著者名/発表者名
      金川哲士,村川武志,谷澤克行,岡島俊英
    • 学会等名
      第91回日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 銅含有アミン酸化酵素におけるセミキノン ラジカル生成機構についての理論的解明2018

    • 著者名/発表者名
      庄司光男, 村川武志, 重田育照, 岡島俊英
    • 学会等名
      分子シミュレーション討論会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 銅含有アミン酸化酵素の反応中間体構造と触媒機構2018

    • 著者名/発表者名
      岡島俊英
    • 学会等名
      平成30年度J-PARC MLF産業利用報告会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] In crystallo thermodynamic analysisによる銅アミン酸化酵素の反応機構解析2018

    • 著者名/発表者名
      村川武志
    • 学会等名
      酵素補酵素研究会2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] A quantum chemical study of the glycine formation reactions in interstellar medium2017

    • 著者名/発表者名
      M. Shoji,
    • 学会等名
      ABC workshop
    • 発表場所
      Hiroshima
    • 年月日
      2017-03-21
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 銅アミン酸化酵素活性中心の高分解能 X 線および中性子結晶構造2017

    • 著者名/発表者名
      岡島 俊英、村川 武志、栗原 和男、安達基泰、柴崎 千枝、 玉田 太郎、林 秀行、谷澤 克行
    • 学会等名
      第8回MLFシンポジウム
    • 発表場所
      つくば
    • 年月日
      2017-03-14
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 非凍結状態結晶の X 線回折測定による酵素触媒反応中間体の解析2017

    • 著者名/発表者名
      岡島俊英
    • 学会等名
      蛋白研セミナー& SPring-8 先端利用技術ワークショップ「 SPring-8 における蛋白質構造生物学研究の現状と将来」
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 高分解能X 線および中性子構造解析による酸化型銅アミン酸化酵素の活性中心構造2017

    • 著者名/発表者名
      岡島俊英
    • 学会等名
      平成29年度第1回構造生物学研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 銅含有アミン酸化酵素における触媒反応中のプロトン化状態についての理論的解明2017

    • 著者名/発表者名
      庄司光男, 村川武志, 重田育照, 岡島俊英
    • 学会等名
      第17回日本蛋白質科学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] スレオニン合成酵素における生成物支援機構の理論的解明2016

    • 著者名/発表者名
      氏家謙、庄司光男、原田隆平、村川武志、重田育照、林秀行
    • 学会等名
      第54回生物物理会年会
    • 発表場所
      つくば
    • 年月日
      2016-11-25
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] X-ray crystallographic structure of semiquinone radical intermediate formed in bacterial copper amine oxidase2016

    • 著者名/発表者名
      T. Okajima, T. Nakai, K. Tanizawa, T. Murakawa, and H. Hayashi
    • 学会等名
      Fifth International Conference on Cofactors (ICC-05) & Active Enzyme Molecule 2016
    • 発表場所
      黒部
    • 年月日
      2016-09-04
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Analysis of the Catalytic Mechanism of Copper Amine Oxidase from Arthrobacter globiformis.2016

    • 著者名/発表者名
      H. Yamaguchi, T. Murakawa, M. Kataoka, Y. Kawano, H. Hayashi, K. Tanizawa and T. Okajima
    • 学会等名
      International Symposium on Diffraction Structural Biology 2016
    • 発表場所
      Knoxville, Tennessee, U.S.A
    • 年月日
      2016-08-07
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 銅アミン酸化酵素の反応中間体構造と中性子構造解析の現状2016

    • 著者名/発表者名
      岡島俊英
    • 学会等名
      2016年度第1回水和ナノ構造研究会
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [備考] 宙に浮く水素イオン?! 大型タンパク質の中性子結晶構造解析で見えた特異な世界

    • URL

      https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2020/20200428_1

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 宙に浮く水素イオン?! ―大型タンパク質の中性子結晶構造解析で見えた特異な世界―

    • URL

      https://www.sanken.osaka-u.ac.jp/hot_topics/topics_20200428/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 宙に浮く水素イオン?! ―大型タンパク質の中性子結晶構造解析で見えた特異な世界―

    • URL

      https://www.osaka-med.ac.jp/news/research/f2pjgc000000fjnt.html

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      2019 実績報告書
  • [備考] 宙に浮く水素イオン?!―大型タンパク質の中性子結晶構造解析で見えた特異な世界―

    • URL

      https://www.qst.go.jp/site/press/40567.html

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      2019 実績報告書
  • [備考] 宙に浮く水素イオン?!―大型タンパク質の中性子結晶構造解析で見えた特異な世界―

    • URL

      http://www.tsukuba.ac.jp/attention-research/p202004280400.html

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      2019 実績報告書
  • [備考] 結晶の中でタンパク質の“生きた状態”の観察に成功

    • URL

      https://www.sanken.osaka-u.ac.jp/toppage/hot_topics/topics_20181220/

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  • [備考] 結晶の中でタンパク質の“生きた状態”の観察に成功

    • URL

      https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2018/20181220_1

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      2018 実施状況報告書
  • [備考] 結晶の中でタンパク質の“生きた状態”の観察に成功

    • URL

      https://www.osaka-med.ac.jp/news/research/v9oak00000006j6e.html

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      2018 実施状況報告書
  • [備考] AGAO

    • URL

      https://www.sanken.osaka-u.ac.jp/labs/smb/agao.html

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      2018 実施状況報告書
  • [備考] AGAO (Anthrobacter globiformis amine oxidase)

    • URL

      http://www.sanken.osaka-u.ac.jp/labs/smb/AGAO.html

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書

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公開日: 2016-07-20   更新日: 2023-03-08  

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