プルー銅蛋白質の分子構造と電子移転反応に関する研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11116203
• 研究機関: 茨城大学
• 研究代表者: 高妻 孝光 茨城大学, 理学部, 助教授 (50215183)
• 研究分担者: 鈴木 英治 茨城大学, 理学部, 助教授 (60211984)
• キーワード: ブルー銅タンパク質 / プラストシアニン / 構造解析 / 亜硝酸還元酵素 / シュウドアズリン / 電子移動反応 / ラマンスペクトル / 赤外吸収スペクトル

研究概要

オシダプラストシアニンの電子移動反応速度定数のpH依存性を調べた結果、高等植物とは異なり、ヒスチジン残基のプロトン化による反応性の低下は認められず、バクテリア由来のブルー銅蛋白質アズリンと同様に、酸性条件下で電子移動が速くなることが判明した。このことは、オシダのプラストシアニンでは酸性pHにおいても活性中心のH87残基はプロトン化を受けず、活性中心近傍にある解離性アミノ酸残基のプロトン化によって、静電的反発が抑制されるために電子移動が速くなったものと結論された。オシダプラストシアニンのX-線結晶構造解析により、H87はF12残基のフェニル基と面間距離約3.4Åでスタッキング相互作用によりH87-Cu結合を安定化するとともに、立体的な回転障害によりH87のプロトン化をもたらさないと結論された。
亜硝酸還元を触媒する非ブルー銅サイトについての知見を得るために、還元型亜硝酸還元酵素へのCO結合について検討したところ、Alcaligenes由来の酵素は2052cm^<-1>に、Achromobacter由来の酵素は2050cm^<-1>にCO伸縮振動をそれぞれ示した。これは両者の非ブルー銅サイトは互いに類似した構造・環境を有することを示唆するものであり、このことは高いアミノ酸配列の相同性からも支持された。
電子移動とカップルするプロトン移動反応の機構を調べるために亜硝酸還元酵素への電子供与体として機能するシュウドアズリンの紫外共鳴ラマンスペクトルおよび時間分解紫外共鳴ラマンスペクトルの検討を行った結果、酸性条件下において還元を受けると銅イオンに配位しているヒスチジン残基がプロトン化を受けて約150μ秒以内に銅イオンから解離することを見いだした。

研究成果

• [文献書誌] Ekaterina V.Pletneva,D.Bruce Fulton,Takamitsu Kohzuma,and Nenad M.: "Kostic,Protein Docking and Gated Electron-Transfer Reactions between Zinc Cytochrome c and the New Plastocyanin from the Fern Dryopteris crassirhizoma. Direct Kinetic Evidence for Multiple Binary Complexes"J.Am.Chem.Soc.. 122. 1034-1046 (2000)
• [文献書誌] T.Inoue,N.Nishio,S.Suzuki,K.Kataoka,T.Kohzuma,and Y.Kai: "Crystal Structure Determinations of Oxidized and reduced Pseudoazurins from A chromobacter cycloclastes"J.Biol.Chem.. 274. 17845-17852 (1999)
• [文献書誌] T.Inoue,H.Sugawara,S.Hamanaka,H.Tsukui,E.Suzuki,T.Kohzuma,and Y.Kai: "Crystal Structure Determinations of Oxidized and Reduced Plastocyanin from CyanobacteriumSynecochoccus sp.PCC 7942"Biochemistry. 38. 6063-6069 (1999)
• [文献書誌] T.Kohzuma,T.Inoue,F.Yoshizaki,Y.Sasakawa,K.Onodera,S.Nagatomo,T.Kitagawa,S.Uzawa,Y.Isobe,Y.Sugimura,M.Gotowda,Y.Kai: "The Structure and unusual pH-dependence of plastocyanin from the fern Dryopteris crassirhizoma : The protonation of an active-site histidine is hindered by π-π interactions"J.Biol.Chem.. 274. 11817-11823 (1999)
• [文献書誌] Cdennison and T.Kohzuma: "The Alkaline Transition and Its Effect on the Electron Transfer Reactivity of Pseudoazurin"Inorg.Chem.. 38. 1491-1497 (1999)
• [文献書誌] S.Hirota,K.Hayamizu,M.Endo,T.Tsukazaki,T.Hibino,T.Takabe,T.Kohzuma,and O.Yamauchi: "Plastocyanin-lysine peptide and cytchrome c/f-aspartic acid peptide interactions"J.Inorg.Biochem.. 74. 162 (1999)
• [文献書誌] T.Niizeki,S.Nagatomo,T.Kitagawa,and T.Kohzuma: "UV resonance Raman spectroscopic studies of a blue copper protein pseudoazurin from A chromobacter cycloclastes IAM 1013"J.Inorg.Biochem.. 74. 248 (1999)
• [文献書誌] K.Oda,T.Iwasa,T.Kitagawa,and T.Kohzuma: "FTIR spectroscopic studies of copper-containing nitrite reductases from Alcaligenes xylosoxidans NCIMB 11015 and A chromobacter cycloclastes IAM 1013"J.Inorg.Biochem. 74. 251 (1999)
• [文献書誌] E.V.Sokerina,T.Kohzuma,and N.M.Kostic: "Photoinduced electron transfer from Zn-substituted cytochrome c to fern plastocyanin : evidence of multiple diprotein complexes"J.Inorg.Biochem. 74. 300 (1999)