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膜蛋白質複合体であるウシ心筋チトクロム酸化酵素の結晶構造から、分子内に取り込まれたリン脂質が発見できた。これら分子内に取り込まれたリン脂質の構造とリン脂質と蛋白質内のアミノ酸残基との詳細な結合様式を決定することは、膜蛋白質の構造形成を理解する上で極めて重要なことである。本研究では、チトクロム酸化酵素の高分解能での精密な結晶構造解析を行い、リン脂質とアミノ酸残基との相互佐用を詳細に調べ、膜蛋白質複合体の分子構築におけるリン脂質の役割を解明する。
チトクロム酸化酸素及び結合しているリン脂質の立体構造は、X線結晶構造解析法を用いて、1.8Å分解能で決定した。リン脂質は、チトクロム酸化酸素1分子あたり14分子結合しており、カルジオリピン5分子、フォスファチジルコリン1分子、フォスファチジルエタノールアミン3分子、フォスファチジルグリセロール5分子であった。全てのリン脂質は、膜貫通領域にあり、酵素の膜貫通αヘリックスと相互作用を持っていた。リン脂質は酵素表面にあるくぼみやサブユニット間の隙間に多く結合しており、蛋白質との結合は脂肪酸と疎水性アミノ酸による疎水性相互作用が中心であった。蛋白質内部にある空洞に結合していたリン脂質は、水素結合も多く見られた。また、脂肪酸の一部はCHπ結合により相互作用していた。リン脂質14分子のうち13分子がチトクロム酸化酵素の複数のサブユニットと相互作用し、サブユニット間にできる隙間を埋めていたことから、これらリン脂質が4次構造形成を補助する役割を持つことが明らかとなった。さらに、2量体を形成する本酵素の2分子間の結合もリン脂質が補助していた。チトクロム酸化酵素におけるリン脂質はその構成成分の一つとして、機能に関与した役割を担っていることが明らかとなった。
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