チトクロムC_1におけるヘム間電子移動機構と芳香族アミノ酸の役割

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01430024
• 研究機関: 横浜国立大学
• 研究代表者: 阿久津 秀雄 横浜国立大学, 工学部, 教授 (60029965)
• 研究分担者: 河合 剛太 東京大学, 工学部, 助手 (70211860) ; 仁木 克己 横浜国立大学, 工学部, 教授 (00017899)
• キーワード: 電子伝達タンパク質 / チトクロムC_3 / 核磁気共鳴 / 酸化還元電位 / チヘムタンパク質 / ヘム間電子移動 / 電子移動速度

研究概要

本年度は本研究の最終年度として、全体をまとめる方向で研究を進めた。昨年度までは、選択的重水素化にもかかわらず、シグナルを同定することのできなかったフェニルアラニン20について、再び大量の重水素化試料の調整を行い、核オ-バ-ハウザ-効果を用いて検討したところ、芳香環の2、6位のプロトンを見出すことに成功した。これらのシグナルは著るしく高磁場に、しかもブロ-ドなピ-クとして観測された。これは結晶構造において、ポルフィリン環と配位ヒスチジンにサンドイッチ状に挟まれていることとよく対応する。又、昨年同定されたチロシンのシグナルについては更に、2次元NMRを用いて、1次構造上の帰属を行なった。又、芳香族アミノ酸としてもう一つ残っていたヒスチジンについても選択的重水素化を行い、そのC_2プロトンを全て同定することに成功した。本タンパク質の9個のヒスチジンの内、8個はヘム配位しているが、これらは異常に高い磁場で観測された。また配位していないヒスチジンは約8.5の高いpKaを示した。昨年度、微視的酸化還元電位と結晶構造中のヘムとの対応関係をほぼ確立したが、今年度はさらに、メチオニンを選択的に重水素化することにより、メチオニンのシグナルを同定し、これとヘムとの間のNOEを使って、上記の対応関係が間違いないことを確認した。この対応関係が確立されたことにより、ヘム間電子移動を制御する重要な因子である酸化還元電位と立体構造の関係についていくつかのことが明らかになった。たとえば、フェニルアラニン20を挟む2つのヘムは片方に電子が入るともう一方にも電子が入りやすくなるという協同的相互作用を示すことが明らかになった。又、ホムの露出度の大きいもの程、低い酸化還元電位を示す傾向にある。電極との関係では、電位変調紫外可視分光法を用いて、電極表面におけるチトクロムC_3の構造及びプロモ-タ-との相互作用を調べた。

研究成果

• [文献書誌] K.Fan,,H.Akutsu,,K.Niki,,N.Higuchi,,Y.Kyogoku: "Determination of the macroscopic formal potentials of cytochrome C_3 of Desulfovibrio vulgaris Miyazaki F,through the combined use of ^1 NMR and optically transparent thinlayer electrode cell." J.Electroanal.Chem.278. 295-306 (1990)
• [文献書誌] K.Fan,,H.Akutsu,,Y.kyogoku,,K.Niki: "Estimation of microscopic redox potentials of a tetraheme protein,cytochrome C_3 of Desulfovibrio vulgaris,Miyazaki F and partial assignments of heme groups." Biochemistry. 29. 2257-2263 (1990)
• [文献書誌] T.ーS.ParK,,K.Kano,,Y.Morimoto,Y.Higuchi,,N.Yasuoka,,M.Oguta,K.Niki,,H.Akutsu: " ^1 NMR studies on ferricytochrome C_3 from D^1 vulgaris Miyazaki F and its interaction with ferredoxin I." J.Biomol.NMR. 1. 271-282 (1991)
• [文献書誌] J.ーS.Park,,M.Enoki,,A.Ohbu,,K.Fan,,K.Niki,,H.Akutsu,,Y.Kyogoku: "Properties of aromatic residues in ferricytochrome C_3 of Desulfovibrio vulgaris Miyazaki F studied by ^1H NMR." J.MOI.Str.242. 343-353 (1991)
• [文献書誌] J.ーS.Park,,K.Kano,K.Niki,,N.Akutsu: "Full assignment of heme redox potentials of cytochrome C_3 of D_1 vulgaris Miyazaki F by ^1H NMR." FEBS Lett.285. 149-151 (1991)