ヘム・銅酸素還元酵素のエネルギー変換機構解明のための構造・機能解析

• 研究課題/領域番号: 22370060
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 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): 2010-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円); 2014年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2013年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2012年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2011年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2010年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
• 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

研究成果の概要

呼吸鎖電子伝達系のヘム・銅酸素還元酵素は酸素分子の還元反応（電子伝達）で放出されるエネルギーを効率的に水素イオン能動輸送（プロトンポンプ）の駆動力へと変換する。ヘム・銅酸素還元酵素ファミリーに属するaa3タイプのX線結晶構造に基づいて、1) 酸素分子の結合様式、2) O-O結合開裂機構、3) 反応中間体構造、4) 休止型構造、5) 電子伝達に伴う構造変化が明らかになった。cbb3タイプの精製方法が確立され、cbb3タイプとaa3タイプの酵素活性を比較することにより、電子伝達効率の特性が明らかになった。

研究成果

• [雑誌論文] Determination of damage-free crystal structure of an X-ray sensitive protein using an XFEL (2014)
  • 著者名/発表者名: Hirata K, Shinzawa-Itoh K, Yano N, Takemura S, Kato K, Hatanaka M, Muramoto K, Kawahara T, Tsukihara T, Yamashita E, Tono K, Ueno G, Hikima T, Murakami H, Inubushi Y, Yabashi M, Ishikawa T, Yamamoto M, Ogura T, Sugimoto H, Shen J-R, Yoshikawa S, Ago H
  • 雑誌名: Nature Methods 巻: 11 号: 7 ページ: 734-736
  • DOI: 10.1038/nmeth.2962
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reaction Mechanism of Mammalian mitochondrial cytochrome c oxidase. In Mitochondrial oxidative phosphorylation. ed. Kadenbach, Bernhard. (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshikawa S, Muramoto K, Shinzawa-Itoh K.
  • 雑誌名: Advances in experimental medicine and biology 巻: 748 ページ: 215-236
  • DOI: 10.1007/978-1-4614-3573-0_9
  • ISBN: 9781461435723, 9781461435730
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural studies on bovine heart cytochrome c oxidase (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉川信也
  • 雑誌名: Biochim.Biophys.Acta 巻: 1817 号: 4 ページ: 579-589
  • DOI: 10.1016/j.bbabio.2011.12.012
  • 査読あり
• [雑誌論文] The O_2 reduction and proton pumping gate mechanism of bovine heart cytochrome c oxidase (2011)
  • 著者名/発表者名: 吉川信也
  • 雑誌名: Biochim.Biophys.Acta 巻: 1807 号: 10 ページ: 1279-1286
  • DOI: 10.1016/j.bbabio.2011.06.008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proton-pumping mechanism of of cytochrome c oxidase (2011)
  • 著者名/発表者名: 吉川信也
  • 雑誌名: Annu.Rev.Biophys. 巻: 40 号: 1 ページ: 205-223
  • DOI: 10.1146/annurev-biophys-042910-155341
  • 査読あり
• [雑誌論文] Distinguishing between Cl and O_2^<2-> as the bridging element between Fe^<3+> and Cu<2+> in the resting oxidized cytochrome c oxidase (2011)
  • 著者名/発表者名: Michihiro Suga
  • 雑誌名: Acta Cryst.D 巻: 67 号: 8 ページ: 742-744
  • DOI: 10.1107/s0907444911022803
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bovine cytochrome c oxidase structures enable O_2 reduction with minimization of active oxygen species and provide a proton-pumping gate. (2010)
  • 著者名/発表者名: 村本和優, 他
  • 雑誌名: Proc.Natl.Acad.Sci.USA 巻: 107 ページ: 7740-7745
  • 査読あり
• [学会発表] 呼吸鎖電子伝達系プロトンポンプ性C型ヘム・銅酸素還元酵素（チトクロムcbb3）の電子伝達活性 (2014)
  • 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40回討論会
  • 発表場所: 愛媛大学（松山市）
  • 年月日: 2014-12-11 – 2014-12-13
• [学会発表] Improved X-ray structures of bovine heart cytochrome c oxidase reveal redox-driven proton active transports by Mg2+-containing water cluster. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshikawa S, Yano N, Shinzawa-Itoh K, Muramoto K, Yamashita E, Tsukihara T.
  • 学会等名: The 18th European Bioenergetics Conference
  • 発表場所: Lisbon (Portugal)
  • 年月日: 2014-07-12 – 2014-07-17
• [学会発表] 高分解能X線結晶構造解析によって明らかになったチトクロムc 酸化酵素のプロトンポンプ反応過程におけるMgを含む水クラスターの機能 (2014)
  • 著者名/発表者名: 矢野直峰、武村秀平、前田友子、村本和優、山下栄樹、伊藤・新澤恭子、月原冨武、吉川信也
  • 学会等名: 第14回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: ワークピア横浜/横浜産貿ホール マリネリア（横浜市）
  • 年月日: 2014-06-25 – 2014-06-27
• [学会発表] CN－結合酸化型およびCN－結合部分還元型チトクロムc 酸化酵素の高分解能X線結晶構造解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 川原貴子、長尾修平、島田敦広、矢野直峰、武村秀平、前田友子、村本和優、伊藤・新澤恭子、山下栄樹、月原冨武、吉川信也
  • 学会等名: 第14回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: ワークピア横浜/横浜産貿ホール マリネリア（横浜市）
  • 年月日: 2014-06-25 – 2014-06-27
• [学会発表] CO結合型ウシ心筋チトクロムc 酸化酵素に対する高分解能X線結晶構造解析法を用いた金属酸化還元中心によるプロトンポンプ制御機構の解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 馬場淳平、島田敦広、矢野直峰、山下栄樹、武村秀平、前田友子、村本和優、伊藤・新澤恭子、月原冨武、吉川信也
  • 学会等名: 第14回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: ワークピア横浜/横浜産貿ホール マリネリア（横浜市）
  • 年月日: 2014-06-25 – 2014-06-27
• [学会発表] C型プロトンポンプ性酸素還元酵素の精製結晶化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大畠海人、岩本唯、村本和優、城宜嗣
  • 学会等名: 第6回日本生物物理学会中国四国支部大会
  • 発表場所: とりぎん文化会館（鳥取市）
  • 年月日: 2014-05-17 – 2014-05-18
• [学会発表] C型プロトンポンプ性酸素還元酵素の精製結晶化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 村本和優、岩本唯、大畠海人、城宜嗣
  • 学会等名: 生体エネルギー研究会第39回討論会
  • 発表場所: 静岡県コンベンションアーツセンター （静岡県）
• [学会発表] pH dependence of the oxygen consumption activity of the C-type heme-copper oxygen reductase (2013)
  • 著者名/発表者名: 岩本唯、安藤友里子、城宜嗣、村本和優
  • 学会等名: 日本生物物理学会第51回年会
  • 発表場所: 京都国際会議場（京都府）
• [学会発表] Structural analysis of bovine heart cytochrome c oxidase in the cyanide- and azide-bound fully oxidized states (2013)
  • 著者名/発表者名: 村本和優、望月正雄、矢野直峰、武村秀平、川原貴子、蓼原瞳、前田友子、伊藤・新澤恭子、山下栄樹、月原冨武、吉川信也
  • 学会等名: 日本生物物理学会第51回年会
  • 発表場所: 京都国際会議場（京都府）
• [学会発表] Structural analysis of bovine heart cytochrome c oxidase in the CO- and cyanide-bound mixed valence states (2013)
  • 著者名/発表者名: 村本和優、望月正雄、谷口槇、矢野直峰、武村秀平、長尾修平、馬場淳平、前田友子、伊藤・新澤恭子、山下栄樹、月原冨武、吉川信也
  • 学会等名: 日本生物物理学会第51回年会
  • 発表場所: 京都国際会議場（京都府）
• [学会発表] ウシ心筋チトクロム酸化酵素のMgを含む水クラスターの機能の高分解能X線構造解析による研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 矢野直峰、加藤公児、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13回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: とりぎん文化会館（鳥取県）
• [学会発表] ウシ心筋チトクロム酸化酵素の賛成アミノ酸残基のイオン化状態のX線結晶学的解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 武村秀平、加藤公児、矢野直峰、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13回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: とりぎん文化会館（鳥取県）
• [学会発表] チトクロム酸化酵素の酸素還元機構と高分解能データ収集 (2012)
  • 著者名/発表者名: 村本和優
  • 学会等名: 大阪大学蛋白質研究所セミナー
  • 発表場所: 大阪大学(大阪府)(招待講演)
  • 年月日: 2012-03-07
• [学会発表] 呼吸鎖電子伝達系の構造と機能～酸素還元酵素を中心として～ (2012)
  • 著者名/発表者名: 村本和優
  • 学会等名: 名古屋大学大学院理学研究科生命理学専攻セミナーアドバンス生命理学特論
  • 発表場所: 名古屋大学(愛知県)(招待講演)
  • 年月日: 2012-01-04
• [学会発表] 細菌呼吸鎖cbb3型酸素還元酵素の精製と活性測定 (2012)
  • 著者名/発表者名: 村本和優 他
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会第38回討論会
  • 発表場所: 岡山大学（岡山県）
• [学会発表] ウシ心筋チトクロム酸化酵素の高分解能X線構造解析と水クラスターの役割 (2012)
  • 著者名/発表者名: 矢野直峰 他
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会第38回討論会
  • 発表場所: 岡山大学（岡山県）
• [学会発表] Oxygen consumption activity of cbb3-type cytochrome c oxidase. (2012)
  • 著者名/発表者名: 岩本唯 他
  • 学会等名: 日本生物物理学会第50回年会
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県）
• [学会発表] Purification of cbb3-type cytochrome c oxidase. (2012)
  • 著者名/発表者名: 安藤友里子 他
  • 学会等名: 日本生物物理学会第50回年会
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県）
• [学会発表] X-ray structural analysis of bovine heart cytochrome c oxidase to clarify redox coupled structural changes at H atom level. (2012)
  • 著者名/発表者名: 矢野直峰 他
  • 学会等名: 日本生物物理学会第50回年会
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県）
• [学会発表] Gene cloning and identification of terminal oxidase of respiratory chain in Vibrio alginolyticus. (2012)
  • 著者名/発表者名: 村本和優 他
  • 学会等名: 日本生物物理学会第50回年会
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県）
• [学会発表] ウシ心筋チトクロム酸化酵素反応中間体のX 線結晶構造解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 村本和優 他
  • 学会等名: 第12回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知県）
• [学会発表] ウシ心筋チトクロム酸化酵素休止酸化型の高分解能X 線結晶構造解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 矢野直峰 他
  • 学会等名: 第12回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知県）
• [学会発表] 氷晶防止剤の導入方法によるウシ心筋チトクロム酸化酵素結晶の分解能の向上 (2012)
  • 著者名/発表者名: 畑中美紀 他
  • 学会等名: 第12回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知県）
• [学会発表] チトクロムcbb_3酸化酵素の発現と精製 (2011)
  • 著者名/発表者名: 安藤友里子, 他
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会第37回討論会
  • 発表場所: 京都産業大学(京都府)
  • 年月日: 2011-12-21
• [学会発表] チトクロム酸化酵素反応中間体 (2011)
  • 著者名/発表者名: 木登梨佳, 他
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会第37回討論会
  • 発表場所: 京都産業大学(京都府)
  • 年月日: 2011-12-21
• [学会発表] チトクロム酸化酵素反応サイクルの構造解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 村本和優, 他
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会第37回討論会
  • 発表場所: 京都産業大学(京都府)
  • 年月日: 2011-12-21
• [学会発表] Optimization of expression condition and purification of cbb_3-type cytochrome c oxidase (2011)
  • 著者名/発表者名: 安藤友里子, 他
  • 学会等名: 日本生物物理学会第49回年会
  • 発表場所: 兵庫県立大学(兵庫県)
  • 年月日: 2011-09-17
• [学会発表] Crystallization of bovine cytochrome c oxidase by new detergents (2011)
  • 著者名/発表者名: 畑中美紀, 他
  • 学会等名: 日本生物物理学会第49回年会
  • 発表場所: 兵庫県立大学(兵庫県)
  • 年月日: 2011-09-16
• [学会発表] The effect of crystallization and cryoprotectant treatment on the absorption spectra of fully-oxidized cytochrome c oxidase (2011)
  • 著者名/発表者名: 望月正雄, 他
  • 学会等名: 日本生物物理学会第49回年会
  • 発表場所: 兵庫県立大学(兵庫県)
  • 年月日: 2011-09-16
• [学会発表] X-ray structural analysis of cytochrome c oxidase in the resting oxidized state at 1.4Å resolution (2011)
  • 著者名/発表者名: 矢野直峰, 他
  • 学会等名: 日本生物物理学会第49回年会
  • 発表場所: 兵庫県立大学(兵庫県)
  • 年月日: 2011-09-16
• [学会発表] X-ray structural analysis of R and O form intermediates of bovine cytochrome c oxidase (2011)
  • 著者名/発表者名: 藤澤秀徳, 他
  • 学会等名: 日本生物物理学会第49回年会
  • 発表場所: 兵庫県立大学(兵庫県)
  • 年月日: 2011-09-16
• [学会発表] X-ray structural analysis of P form intermediate of bovine cytochrome c oxidase (2011)
  • 著者名/発表者名: 木登梨佳, 他
  • 学会等名: 日本生物物理学会第49回年会
  • 発表場所: 兵庫県立大学(兵庫県)
  • 年月日: 2011-09-16
• [学会発表] X-ray structural analysis of F form intermediate of bovine cytochrome c oxidase (2011)
  • 著者名/発表者名: 村本和優, 他
  • 学会等名: 日本生物物理学会第49回年会
  • 発表場所: 兵庫県立大学(兵庫県)
  • 年月日: 2011-09-16
• [学会発表] Structural changes of bovine cytochrome c oxidase dependent on the redox states (2011)
  • 著者名/発表者名: 村本和優, 他
  • 学会等名: XXII Congress and General Assembly of the International Union of Crystallography
  • 発表場所: Madrid (Spain)
  • 年月日: 2011-08-23
• [学会発表] High resolution analysis and anamolous dispersion analysis of bovine cytochrome c oxidase (2011)
  • 著者名/発表者名: 矢野直峰, 他
  • 学会等名: XXII Congress and General Assembly of the International Union of Crystallography
  • 発表場所: Madrid (Spain)
  • 年月日: 2011-08-23
• [学会発表] High resolution structures of bovine cytochrome c oxidase in the resting oxidized and the reduced states (2011)
  • 著者名/発表者名: 村本和優, 他
  • 学会等名: Gordon Research Conferences, Bioenergetics
  • 発表場所: New Hampshire (USA)
  • 年月日: 2011-06-27
• [学会発表] The O_2 reduction and protonpumping gate mechanisms of bovine heart cytochrome c oxidase (2011)
  • 著者名/発表者名: 吉川信也, 他
  • 学会等名: Gordon Research Conferences, Bioenergetics
  • 発表場所: New Hampshire (USA)
  • 年月日: 2011-06-27
• [学会発表] ウシ心筋チトクロム酸化酵素還元型の1.4Å分解能X線構造解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 藤澤秀徳, 他
  • 学会等名: 第11回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: ホテル阪急(大阪府)
  • 年月日: 2011-06-08
• [学会発表] ウシ心筋チトクロム酸化酵素休止酸化型の1.4Å分解能X線構造解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 矢野直峰, 他
  • 学会等名: 第11回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: ホテル阪急(大阪府)
  • 年月日: 2011-06-08
• [学会発表] ウシ心筋チトクロム酸化酵素の還元・再酸化による構造変化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 村本和優, 他
  • 学会等名: 第11回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: ホテル阪急(大阪府)
  • 年月日: 2011-06-07
• [学会発表] チトクロム酸化酵素のO_2還元反応機構 (2010)
  • 著者名/発表者名: 村本和優, 他
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会第36回討論会
  • 発表場所: 大阪大学(大阪)
  • 年月日: 2010-11-19
• [学会発表] ウシ心筋チトクロム酸化酵素の高分解能X線構造解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 矢野直峰, 他
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会第36回討論会
  • 発表場所: 大阪大学(大阪)
  • 年月日: 2010-11-19
• [学会発表] X-ray structural analysis of catalytic F-intermediate in bovine cytochrome c oxidase. (2010)
  • 著者名/発表者名: 佐々木歩惟, 他
  • 学会等名: 日本生物物理学会第48回年会
  • 発表場所: 東北大学(仙台)
  • 年月日: 2010-09-22
• [学会発表] Redox dependent structural change of cytochrome c oxidase at 1.4 A resolution. (2010)
  • 著者名/発表者名: 藤澤秀徳, 他
  • 学会等名: 日本生物物理学会第48回年会
  • 発表場所: 東北大学(仙台)
  • 年月日: 2010-09-21
• [学会発表] X-ray structural analysis of catalytic P-intermediate in bovine cytochrome c oxidase. (2010)
  • 著者名/発表者名: 木登梨佳, 他
  • 学会等名: 日本生物物理学会第48回年会
  • 発表場所: 東北大学(仙台)
  • 年月日: 2010-09-21
• [学会発表] X-ray structural analysis of catalytic O-intermediate in bovine cytochrome c oxidase. (2010)
  • 著者名/発表者名: 吉川信也, 他
  • 学会等名: 日本生物物理学会第48回年会
  • 発表場所: 東北大学(仙台)
  • 年月日: 2010-09-21
• [学会発表] Photo dependent binding structures of CO and NO on the heme-copper site in bovine cytochrome c oxidase. (2010)
  • 著者名/発表者名: 村本和優, 他
  • 学会等名: 日本生物物理学会第48回年会
  • 発表場所: 東北大学(仙台)
  • 年月日: 2010-09-21
• [学会発表] Reaction mechanism of cytochrome c oxidase based on the O_2 analogues-bound structures. (2010)
  • 著者名/発表者名: 村本和優
  • 学会等名: 日本生物物理学会第48回年会
  • 発表場所: 東北大学(仙台)
  • 年月日: 2010-09-20
• [学会発表] High resolution X-ray structural analysis of cytochrome c oxidase to clarify the proton pumping mechanism at hydrogen atom level. (2010)
  • 著者名/発表者名: 矢野直峰, 他
  • 学会等名: 日本生物物理学会第48回年会
  • 発表場所: 東北大学(仙台)
  • 年月日: 2010-09-20
• [学会発表] An X-ray structural evaluation of the possibility of chloride binding to the O_2 reduction site of bovine heart cytochrome c oxidase. (2010)
  • 著者名/発表者名: 月原冨武, 他
  • 学会等名: 日本生物物理学会第48回年会
  • 発表場所: 東北大学(仙台)
  • 年月日: 2010-09-20
• [学会発表] Photo dependent binding structures of CO and NO on the heme-copper site in bovine cytochrome c oxidase. (2010)
  • 著者名/発表者名: 村本和優, 他
  • 学会等名: The 16th European Bioenergetics Conference
  • 発表場所: Warsaw, Poland
  • 年月日: 2010-07-17
• [学会発表] The O_2 reduction and proton pumping gate mechanisms of bovine heart cytochrome c oxidase. (2010)
  • 著者名/発表者名: 吉川信也, 他
  • 学会等名: The 16th European Bioenergetics Conference
  • 発表場所: Warsaw, Poland
  • 年月日: 2010-07-17
• [学会発表] ウシ心筋チトクロム酸化酵素の酸素還元反応とプロトンポンプゲート機構 (2010)
  • 著者名/発表者名: 吉川信也, 他
  • 学会等名: 第10回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(札幌)
  • 年月日: 2010-06-18
• [学会発表] ウシチトクロム酸化酵素のヘム・銅部位におけるNO、COの光化学的結合解離構造 (2010)
  • 著者名/発表者名: 村本和優, 他
  • 学会等名: 第10回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(札幌)
  • 年月日: 2010-06-18
• [学会発表] チトクロム酸化酵素の水素位置決定を目的としたX線結晶構造解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 菅倫寛, 他
  • 学会等名: 第10回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(札幌)
  • 年月日: 2010-06-18
• [学会発表] 還元型ウシ心筋チトクロム酸化酵素の高分解能X線構造解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 藤澤秀徳, 他
  • 学会等名: 第10回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(札幌)
  • 年月日: 2010-06-17
• [備考] 研究一覧
  • URL: http://www.sci.u-hyogo.ac.jp/edu/kenkyuu/base20.html
• [備考]
  • URL: http://www.sci.u-hyogo.ac.jp/life/regulation/publication.html
• [備考]
  • URL: http://www.sci.u-hyogo.ae.jp/life/regulation/publication.html