亜鉛原子を含む特異なフェレドキシンの構造と機能に関する研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08249208
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 若木 高善 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 助教授 (70175058)
• キーワード: 古細菌 / フィレドキシン / 熱安定性 / 亜鉛 / 鉄-イオウクラスター

研究概要

古細菌のフェレドキシンはエネルギー代謝において重要な役割を担う。我々はpH3,75℃を生育至適条件とする好酸好熱性古細菌Sulfolobusのフェレドキシンを単離精製し、29位リジンのモノメチル化を確認し、分光学的解析から、2個のクラスター([3Fe-4S][4Fe-4S])の役割を推定した。また、X線結晶構造解析を完成した。本フェレドキシンは1原子の亜鉛を、N末端側37残基の構造するドメインの中の3残基のヒスチジンと、鉄硫黄クラスターを保持する66残基のコア・ドメインのアスパラギン酸とによって保持していることを発見した。これと平行して、遺伝子の単離・構造決定を行い、発現系を確立した。本フェレドキシンの特異な亜鉛原子の役割を調べる目的で、天然フェレドキシン、組換えフェレドキシン、さらにN末端側37残基の一部ないし全部を欠失した変異型フェレドキシンを作成し比較した。すなわちN末端から順に0,11,16,22,37残基を欠失したものをG1,V12,S17,G23,V38と名づけた。すべての組換え体は2個の鉄硫黄クラスターを含み29位リジンはメチル化されていなかった。蛋白1モル当たりの亜鉛含量はG1,V12では1、S17,G23,V38では0原子であった。クラスターの変性温度Tmは、G1と天然フェレドキシンでは100℃以上であるのに対し、V12では約98℃、S17とG23では約89℃、V38では約83℃であった。以上の結果から、本フェレドキシンのクラスターの熱安定性にとって、亜鉛およびN末端37残基の配列は極めて重要な役割を担っていると結論した。

研究成果

• [文献書誌] Zhang,O.,Iwasaki,T.,Wakagi,T.,Oshima,T.,: "2-Oxoacid:ferredoxin oxidoreductase from the thermoacidophilic archaeon,Sulfolobus sp.strain 7." J.Biochem.(Tokyo). 120. 587-599 (1996)
• [文献書誌] Fujii,T.,Hata,Y.,Wakagi,T.,Tanaka,T.,他: "Novel zinc-binding centre in thermoacidophilic archaeal ferredoxins" Nature Structural Biology. 3. 834-837 (1996)
• [文献書誌] Wakagi,T.,Fujii,T.,Oshima,T.,: "Molecular cloning sequencing,and heterologous expression of a novel zinc-containing ferredoxin gene from a themoacidophilic archaeon Sulfolobus sp.strain 7." Biochem.Biophys.Res.Commun.225. 489-493 (1996)
• [文献書誌] Wakagi,T.,Fujii,T.,Omori,A.,他: "Structure and function of an extremely atable ferredoxin" Protein Engineering. 9. 823 (1996)
• [文献書誌] Fujii,T.,Hata,Y.,Oozeki,M.,Moriyama,H.,Wakagi,T.,他: "The crystal structure of zinc-Containing ferredoxin from the thermoacidophilic archaeon Sulfolobus sp strain 7." Biochemistry. (印刷中). (1997)