| 研究課題/領域番号 |
20H03215
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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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| 審査区分 |
小区分43040:生物物理学関連
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| 研究機関 | 兵庫県立大学 (2022)
奈良先端科学技術大学院大学 (2021)
北海道大学 (2020) |
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研究代表者 |
緒方 英明 兵庫県立大学, 理学研究科, 教授 (30795935)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)
2022年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2021年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2020年度: 10,270千円 (直接経費: 7,900千円、間接経費: 2,370千円)
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| キーワード | 金属酵素 / ヒドロゲナーゼ / 水素 / クライオ電子顕微鏡 / 構造解析 / 赤外分光法 / 酸化還元電位 / 立体構造 / 反応機構 / クライオ電顕 / 電子伝達分岐 / 鉄硫黄クラスター / 酵素 / 赤外分光 / 電気化学 / 酵素反応 / 生物無機化学 / 分光学 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ヒドロゲナーゼは多くの微生物が持つ金属酵素で、水素分子の分解や合成を可逆的に触媒する。その水素触媒能力は高価なプラチナなどを用いた化学触媒と同等以上の効率とされる。本研究は、超好熱菌Thermotoga maritima由来の「電子伝達分岐型[FeFe]ヒドロゲナーゼ」の特異な電子伝達分岐反応機構や、「水素センサー型[FeFe]ヒドロゲナーゼ」のシグナル応答の仕組みを構造解析・分光学的分析手法を駆使して分子レベルで解明する。
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| 研究成果の概要 |
電子伝達分岐型とセンサー型[FeFe]ヒドロゲナーゼを化学合成した2核鉄錯体を用いることで人工的に成熟化させた。センサー型[FeFe]ヒドロゲナーゼ の活性中心近傍のプロトン輸送経路と予想されるアミノ酸に対して変異体を導入し水素酸化活性を測定し、 ある変異体で水素酸化活性がほとんど消失していることを明らかにした。第2配位圏の違いにより活性中心の鉄硫黄クラスターの酸化還元電位が変化した。さらに、電子伝達分岐型[FeFe]ヒドロゲナーゼのクライオ電子顕微鏡法による構造解析を行った。その結果、3つのサブユニットで構成される[FeFe]ヒドロゲナーゼが4量体を構成していることが明らかとなった。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
電子伝達分岐型[FeFe]ヒドロゲナーゼのクライオ電子顕微鏡法による構造解析から3つのサブユニットで構成される4量体を構成していることが明らかとなった。複雑な電子伝達経路を持っており、FMNが結合している領域で電子伝達分岐が分岐する可能性が示された。また、センサー型[FeFe]ヒドロゲナーゼでは、第2配位圏の違いにより活性中心の鉄硫黄クラスターの酸化還元電位の変化が顕著に見られた。これらの結果から、金属中心近傍の構造が機能に重要であることが示唆された。本研究で明らかとなった知見は水素発生系ヒドロゲナーゼを模した錯体の設計に重要な指針を与える。
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