ピリドキサール酵素の反応特異性制御機構の解明

• 研究課題/領域番号: 24570140
• 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: 構造生物化学
• 研究機関: 大阪医科大学
• 研究代表者: 林 秀行 大阪医科大学, 医学部, 教授 (00183913)
• 研究分担者: 村川 武志 大阪医科大学, 医学部, 助教 (90445990)
• 連携研究者: 庄司 光男 筑波大学, 数理物質科学研究科, 助教 (00593550)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2014年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2013年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2012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: 酵素反応機構 / ピリドキサールリン酸 / 反応速度論 / 遷移相速度論 / 反応中間体 / 反応特異性 / 基質支援触媒 / 生成物支援触媒 / ピリドキサール5'-リン酸 / プロトン化状態 / 副反応 / 補酵素 / 量子化学計算 / Ｘ線結晶解析

研究成果の概要

トレオニン合成酵素 (TS) の反応機構を詳細に解析した． TSと基質O-ホスホホモセリン (OPHS) との反応で生成するリン酸イオンが活性部位に留まり，反応中間体のヒドロキシ基と水素結合を行うことで，副反応であるα-アミノクロトン酸の遊離よりも主反応のL-トレオニン生成を特異的に促進するという，生成物支援触媒の本体を解明した．また，このリン酸イオンおよびその前駆体であるOPHSの中のリン酸エステルは重要な触媒基であるLys61の位置を調節するなどにより，TSの考えられる様々な副反応を抑制しているという，基質支援・生成物支援触媒によって反応特異性が生み出されている機構を明らかにした．

研究成果

• [雑誌論文] A QM/MM Study of the l-Threonine Formation Reaction of Threonine Synthase: Implications into the Mechanism of the Reaction Specificity. (2014)
  • 著者名/発表者名: Shoji, M., Hanaoka, K., Ujiie, Y., Tanaka, W., Kondo, D., Umeda, H., Kamoshida, Y., Kayanuma, M., Kamiya, K., Shiraishi, K., Machida, Y., Murakawa, T., and Hayashi, H.
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 136 号: 12 ページ: 4525-4533
  • DOI: 10.1021/ja408780c
  • 査読あり
• [学会発表] Molecular dynamics study on the molecular mechanism of product-assisted catalysis in threonine synthase (2015)
  • 著者名/発表者名: 氏家謙，田中弥，庄司光男，原田隆平，栢沼愛，重田育照，村川武志，林秀行
  • 学会等名: 第43回構造活性相関シンポジウム・第10回薬物の分子設計と開発に関する日中シンポジウム
  • 発表場所: 新潟
  • 年月日: 2015-09-27
  • 国際学会
• [学会発表] トレオニン合成酵素における生成物支援触媒機構についての理論的解明 (2015)
  • 著者名/発表者名: 庄司光男，氏家謙，栢沼愛，重田育照，村川武志，林秀行
  • 学会等名: 第53回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] Molecular dynamics study on the key catalytic intermediates of threonine synthase (2015)
  • 著者名/発表者名: Mitsuo Shoji, Yuzuru Ujiie, Ryuhei Harada, Megumi Kayanuma, Yasuteru Shigeta, Takeshi Murakawa, Hideyuki Hayashi
  • 学会等名: The 29th Annual Symposium of the Protein Society
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2015-07-22
  • 国際学会
• [学会発表] トレオニン合成酵素の触媒過程前半部分の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 林秀行，村川武志，庄司光男
  • 学会等名: 日本化学会第95春季年会
  • 発表場所: 船橋
  • 年月日: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [学会発表] トレオニン合成酵素の触媒反応 前半部分の反応機構解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 町田康博，村川武志，庄司光男，林秀行
  • 学会等名: 第61回日本生化学会近畿支部例会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2014-05-17 – 2015-05-17
• [学会発表] トレオニン合成酵素の反応機構についての理論的研究:反応特異性決定過程の解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 庄司光男，氏家謙，田中弥，栢沼愛，梅田宏明，町田康博，村川武志，林秀行
  • 学会等名: 日本化学会第94春季年会
  • 発表場所: 名古屋
• [学会発表] トレオニン合成酵素における反応特異性決定過程の理論解明 (2013)
  • 著者名/発表者名: 庄司光男，花岡恭平，氏家謙，田中弥，梅田宏明，栢沼愛，神谷克政，白石賢二，町田康博，村川武志，林秀行
  • 学会等名: 第13回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 鳥取
• [学会発表] 分子動力学法によるトレオニン合成酵素の反応特異性についての理論的解明 (2013)
  • 著者名/発表者名: 氏家謙，田中弥，花岡恭平，庄司光男，栢沼愛，神谷克政，白石賢二，町田康博，村川武志，林秀行
  • 学会等名: 第86回日本生化学会大会
  • 発表場所: 横浜
• [学会発表] トレオニン合成酵素における反応特異性についての理論的解明 (2013)
  • 著者名/発表者名: 庄司光男，氏家謙，田中弥，花岡恭平，梅田宏明，栢沼愛，神谷克政，白石賢二，町田康博，村川武志，林秀行
  • 学会等名: 第86回日本生化学会大会
  • 発表場所: 横浜
• [学会発表] トレオニン合成酵素の触媒性リン酸イオン結合残基の役割 (2012)
  • 著者名/発表者名: 町田 康博，村川 武志，庄司 光男，林 秀行
  • 学会等名: 第85回日本生化学会大会
  • 発表場所: マリンメッセ福岡
• [学会発表] トレオニン合成酵素におけるリン酸脱離以降の反応機構についての理論的解明 (2012)
  • 著者名/発表者名: 庄司 光男，花岡 恭平，近藤 大生，田口 真彦，栢沼 愛，梅田 宏明，鴨志田 良和，神谷 克政，白石 賢二，村川 武志，林 秀行
  • 学会等名: 第85回日本生化学会大会
  • 発表場所: マリンメッセ福岡
• [備考] 必須アミノ酸「トレオニン」生合成の最終過程が明らかに－スーパーコンピュータで網羅的に反応経路を探索
  • URL: http://www.tsukuba.ac.jp/attention-research/p201403141400.html