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マルチ銅オキシダーゼによる酸素還元機構の解明と機能改変体の電極触媒としての利用

研究課題

研究課題/領域番号 26288076
研究種目

基盤研究(B)

配分区分一部基金
応募区分一般
研究分野 生体関連化学
研究機関金沢大学

研究代表者

櫻井 武  金沢大学, その他部局等, 名誉教授 (90116038)

研究分担者 片岡 邦重  金沢大学, 物質化学系, 教授 (40252712)
連携研究者 小森 博文  香川大学, 教育学部, 准教授 (30382261)
辻村 清也  筑波大学, 数理物質科学研究科, 准教授 (30362429)
井田 朋智  金沢大学, 物質化学系, 准教授 (30345607)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
16,380千円 (直接経費: 12,600千円、間接経費: 3,780千円)
2016年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2015年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2014年度: 11,180千円 (直接経費: 8,600千円、間接経費: 2,580千円)
キーワードマルチ銅オキシダーゼ / 酸素4電子還元 / 機能改変 / 電極触媒 / CueO / ビリルビンオキシダーゼ / 翻訳後修飾 / タイプI銅 / 三核銅部位 / 蛋白質 / バイオテクノロジー / 燃料電池 / プロトン輸送 / タイプ1銅 / 酵素機能 / 酸素還元 / 金属酵素
研究成果の概要

マルチ銅オキシダーゼによる酸素の4電子還元が共通した反応機構で進行することをCueO及びビリルビンオキシダーゼのタイプI銅配位子並びにプロトン輸送に関与するアミノ酸への変異導入によって明らかにした。この時、三核銅部位の外圏に配置されたアミノ酸が電子供与体として機能しないことがわかった。酸素還元過程の詳細をさらに詳しく解明するため中性子回折を行うことを計画し、重水中でCeuOを結晶化した。また、緩衝液起源の酢酸イオンがタイプII銅に結合することを見出した。さらに、タイプI銅の外圏部の改変により酵素活性を高め、なおかつ、優れた電極応答を実現し、生物燃料電池の電極触媒としての利用の道を開いた。

報告書

(4件)
  • 2016 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2017 2016 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 4件、 査読あり 8件、 謝辞記載あり 6件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Heterologous Expression of Halomonas halodenitrificans Nitric Oxide Reductase and its N-Terminally Truncated NorC Subunit in Escherichia coli2017

    • 著者名/発表者名
      Nobuhiko Sakurai, Kunishige Kataoka, Noriko Sugaya, Takaki Shimodaira, Mie Iwamoto, Munehiro Shoda, Hajime Horiuchi, Miyuki Kiyono, Yasuke Ohta, Banbang Triwiyono, Daisuke Seo, Takeshi Sakurai
    • 雑誌名

      Journal of Inorganic Biochemistry

      巻: 169 ページ: 61-67

    • DOI

      10.1016/j.jinorgbio.2017.01.006

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Exogenous Acetate Ion Reaches the Type II Copper Centre in CueO through the Water-Excretion Channel and Potentially Affects the Enzymatic Activity2016

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Komori, Kunishige Kataoka, Sakiko Tanaka, Nana Matsuda, Yoshiki Higuchi, Takeshi Sakurai
    • 雑誌名

      Acta Ceystallographica

      巻: F72 号: 7 ページ: 558-563

    • DOI

      10.1107/s2053230x16009237

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Biochemical, Spectroscopic and X-Ray Structural Analysis of Deuterated Multicopper Oxidase CueO Prepared from a New Expression Construct for Neutron Crystallography2016

    • 著者名/発表者名
      Mahfuza Akter, Chika Inoue, Hirofumi Komori, Nana Matsuda, Takeshi Sakurai, Kunishige Kataoka, Yoshiki Higuchi, Naoki Shibata
    • 雑誌名

      Acta Crystallographica

      巻: F72 号: 10 ページ: 788-794

    • DOI

      10.1107/s2053230x1601400x

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Kinetics of NADP+/NADPH reduction-oxidation catalyzed by the ferredoxin-NAD(P)+ reductase from the green sulfur bacterium Chlorobaculum tepidum2016

    • 著者名/発表者名
      D. Seo, M. Kitashima, T. Sakurai, and K. Inoue
    • 雑誌名

      Photosynth. Res

      巻: 130 号: 1-3 ページ: 479-489

    • DOI

      10.1007/s11120-016-0285-3

    • NAID

      120005830622

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Pre-steady-state kinetic studies of redox reactions catalysed by Bacillus subtilis ferredoxin-NADP+ oxidoreductase with NADP+/NADPH and ferredoxin2016

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Seo, Takahiro Soeta, Hidehiro Sakurai, Pierre Setif, Takeshi Sakurai
    • 雑誌名

      Biochimica et Biophysica Acta - Bioenergestics

      巻: in press 号: 6 ページ: 678-687

    • DOI

      10.1016/j.bbabio.2016.03.005

    • NAID

      120005774908

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A Pirin-Like Protein from Pseudomonas stutzeri and its Quercetinase Activity2015

    • 著者名/発表者名
      Talitha Widiatningrum, Sorato Maeda, Kunishige Kataoka, Takeshi Sakurai
    • 雑誌名

      Biochemistry and Biophysics Report

      巻: 3 ページ: 144-149

    • DOI

      10.1016/j.bbrep.2015.08.001

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] A Novel Resting Form of the Trinuclear Copper Center in the Double Mutant of a Multicopper Oxidase, CueO, Cys500Ser/Glu506Ala2015

    • 著者名/発表者名
      Takao Kajikawa, Ryosuke Sugiyama, Kunishige Kataoka, Takeshi Sakurai
    • 雑誌名

      Journal of Inorganic Biochemstry

      巻: 印刷中

    • NAID

      120005613973

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Study on Dioxygen Reduction by Mutational Modifications of the Hydrogen Bond Network Leading from Bulk Water to the Trinuclear Copper Center in Bilirubin Oxidase2014

    • 著者名/発表者名
      Hirotoshi Morishita, Daisuke Murita, Kunishige Kataoka, Takeshi Sakurai
    • 雑誌名

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      巻: 450 ページ: 767-772

    • NAID

      120005522959

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 大腸菌を宿主とするビリルビンオキシダーゼ発現系の構築2016

    • 著者名/発表者名
      野路晴菜, 新保宏樹, 片岡邦重, 櫻井武
    • 学会等名
      第89回日本生化学会大会
    • 発表場所
      仙台国際センター/東北大学川内キャンパス(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-09-25
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] ランダム変異導入によるマルチ銅オキシダーゼCueOの特異性改変2016

    • 著者名/発表者名
      松田奈々, 堀佐菜子, 片岡邦重, 櫻井武
    • 学会等名
      第89回日本生化学会大会
    • 発表場所
      仙台国際センター/東北大学川内キャンパス(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-09-25
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Clostridium beijerinkii由来のマルチ銅オキシダーゼの異種発現2016

    • 著者名/発表者名
      江村紗也香, 原唯歩, 片岡邦重, 櫻井武
    • 学会等名
      第89回日本生化学会大会
    • 発表場所
      仙台国際センター/東北大学川内キャンパス(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-09-25
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 一酸化窒素還元酵素の新規発現系の構築2016

    • 著者名/発表者名
      齋藤明宏、下平隆樹、櫻井宣彦、片岡邦重、櫻井武
    • 学会等名
      第10回バイオ関連化学シンポジウム
    • 発表場所
      石川県立音楽堂もてなしドーム地下イベント広場(石川県金沢市)
    • 年月日
      2016-09-07
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Multicopper Oxidases -Basic and Application Studies on the Enzymes Containing Multiple Copper Centers-2016

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Sakurai
    • 学会等名
      he 3rd International Conference on Mathematics, Science, and Education
    • 発表場所
      Grasia Hotel, Semarang, Indonesia
    • 年月日
      2016-09-03
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] マルチ銅オキシダーゼの構造・機能相関とプロテインエンジニアリング2016

    • 著者名/発表者名
      櫻井武
    • 学会等名
      第29回生物無機化学夏期セミナー
    • 発表場所
      グリーンビレッジ交野(大阪府交野市)
    • 年月日
      2016-09-01
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ビリルビンオキシダーゼの酵素機能を支配する翻訳後修飾と基質特異性2016

    • 著者名/発表者名
      櫻井武, 奥田葉子, 片岡邦重
    • 学会等名
      第43回生体分子科学討論会
    • 発表場所
      名古屋大学野依記念学術交流館(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2016-06-24
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] CueOのタイプI銅配位子His443と水素結合したAsp439 への変異導入による酵素活性制御2016

    • 著者名/発表者名
      松田奈々, 片岡邦重, 櫻井武
    • 学会等名
      第26回金属の関与する生体関連反応シンポジウム
    • 発表場所
      北海道大学学術交流会館(北海道札幌市)
    • 年月日
      2016-06-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Mutations at the Potential Electron Donors Located in the Outer Coordination Sphere of the Trinuclear Copper Center in CueO2015

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Sakurai
    • 学会等名
      Pacifichem2015
    • 発表場所
      Honolulu(USA)
    • 年月日
      2015-12-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] タイプI銅近傍への非極性アミノ酸導入による一価銅オキシダーゼCueOの酵素活性制御2015

    • 著者名/発表者名
      松田奈々, 片岡邦重, 櫻井武
    • 学会等名
      BMB2015
    • 発表場所
      神戸国際会議場
    • 年月日
      2015-12-01
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 一価銅オキシダーゼCueOのタイプ1銅近傍の改変による酵素活性制御2015

    • 著者名/発表者名
      松田奈々, 片岡邦重, 櫻井武
    • 学会等名
      2015年度酵素補酵素研究会
    • 発表場所
      福井AOSSA
    • 年月日
      2015-07-10
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] マルチ銅オキシダーゼCueOの三核銅部位外圏に配置されたアミノ酸残基の酸素4電子還元への寄与2015

    • 著者名/発表者名
      山本萌, 片岡邦重, 櫻井武
    • 学会等名
      第25回金属の関与する生体関連反応シンポジウム
    • 発表場所
      長崎大学
    • 年月日
      2015-05-30
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 基質結合部位への酸性残基導入によるビリルビンオキシダーゼの反応制御2014

    • 著者名/発表者名
      奥田葉子, 押川直美, 栗田大輔, 片岡邦重, 櫻井武
    • 学会等名
      第87回生化学大会
    • 発表場所
      京都国際会館(京都)
    • 年月日
      2014-10-15 – 2014-10-18
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 銅排出系酵素CueOによる酸素4電子還元における三核銅部位近傍に配置されたアミノ酸残基の役割2014

    • 著者名/発表者名
      山本萌, 池野信介, 片岡邦重, 櫻井武
    • 学会等名
      第87回生化学大会
    • 発表場所
      京都国際会館(京都)
    • 年月日
      2014-10-15 – 2014-10-18
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] ビリルンオキシダーゼのプロト輸送ネッワークおよびタイプI銅配位子への変異導入による酸素還元中間体の捕捉2014

    • 著者名/発表者名
      櫻井武, 森下浩稔, 栗田大輔, 片岡邦重
    • 学会等名
      錯体化学討論会 第64回討論会
    • 発表場所
      中央大学(東京)
    • 年月日
      2014-09-18 – 2014-09-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Dual Effect of the Mutational Modification of the Proton Transfer Pathway and a Type I Cu Ligand on Properties and Function of the Trinuclear Copper Center in CueO2014

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Sakurai, Takao Kajikawa, Kunishige Kataoka
    • 学会等名
      Eurobic12
    • 発表場所
      チューリッヒ(スイス)
    • 年月日
      2014-08-24 – 2014-08-28
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [備考] 金沢大学理工学域物質化学系生物化学研究室

    • URL

      http://biochem.web.fc2.com/index.html

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書 2014 実績報告書
  • [備考] 金沢大学理工学域物質化学系生物化学教室

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

URL: 

公開日: 2014-04-04   更新日: 2018-03-22  

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