補酵素結合型タンパク質の精密X線解析と生体触媒設計

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13125207
• 研究種目: 特定領域研究(B)
• 研究機関: 大阪市立大学
• 研究代表者: 広津 建 大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 教授 (10047269)
• 研究分担者: 安岡 則武 姫路工業大学, 理学部, 教授 (40029054) ; 森本 幸生 姫路工業大学, 理学部, 助教授 (80200450) ; 宮原 郁子 大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 講師 (40271176)
• キーワード: アミノ基転移酵素 / キノプロテイン / フラビン依存型酸化酵素 / 基質認識 / PLP酵素 / X線結晶解析 / 分子内チャネル / ビルトイン補酵素

研究概要

ピリドキサル酵素として、ヒスチジノールリン酸アミノ基転移酵素(HsPAT)、分岐鎖アミノ酸アミノ基転移酵素(BCAT)のX線構造解析を完成した。また、アセチルオルニチンアミノ基転移酵素、トレオニンデヒドラターゼ、ラセマーゼについても、結晶化に成功し現在構造の精密化を行っている。
HsPATの基質の二重認識には、HsPATのopen-closed構造変化が重要である。基質の側鎖が活性部位の異なる部位に結合する機構を、活性部位の構造の特徴と誘導適合に基づいて説明できた。
BCAT)の乱れたループは、基質が接近すると基質を溶媒領域から隔離する。また、この誘導適合のトリガーとなるのは、活性部位の近くのArgがその側鎖を、基質のα-カルボキシル基の方向に変えることによる。Argの側鎖により分極を起こしたβ-ターンが基質のα-カルボキシルを認識していたまた、
フラビンタンパクについては、ラット肝臓中鎖アシル-CoA酸化酵素(ACO)の構造を明らかにした。ACOは基質結合時に大きなコンフォメーション変化を起こすことを推定し、酸素による還元型フラビン再酸化機構を調べた。
天然のコンポジット触媒と言える、ヘテロダイマーのイミダゾールグリセロールリン酸シンターゼ(IGPS)、ヘテロトリマーのキノヘモプロテインアミン脱水素酵素(QHAmDH)の構造を決定した。
IGPSはアンモニアを輸送する分子内チャネルを持っている。アンモニア輸送のの機構を調べた。
QHAmDHはヘムcを2分子結合するα-サブユニット、β-プロペラ構造を持つβ-サブユニットおよびキノン補酵素を持つγ-サブユニットからなる。γ-サブユニット中に、新規の共有結合型キノン補酵素と3つの分子内架橋結合を見出した。

研究成果

• [文献書誌] H.Mizuguchi, H.Hayashi, K.Okada, I.Miyahara, K.Hirotsu, et al.: "Strain is More Important than Electrostatic Interaction in Controlling the pKa of the Catalytic Group in Aspartate Aminotransferase"Biochemistry. 40(2). 353-360 (2001)
• [文献書誌] Kazuki Haruyama, Tadashi Nakai, Ikuko Miyahara, Ken Hirotsu, et al.: "Structures of Escherichia coli Histidinol-Phosphate Aminotransferase and Its Complexes with Histidinol-Phosphate and N-(5'-Phosphopyridoxyl)-L-Glutamate: Double Substrate Recognition of the Enzyme"Biochemistry. 40(15). 4633-4644 (2001)
• [文献書誌] Kengo Okada, Ken Hirotsu, Hideyuki Hayashi, Hiroyuki Kagamiyama: "Structures of Escherichia coli Branched-Chain Amino Acid Aminotransferase and Its Complexes with 4-Methylvalerate and 2-Methylleucine: Induced Fit and Substrate Recognition of the Enzyme"Biochemistry. 40(25). 7453-7463 (2001)
• [文献書誌] H.Ura, T.Nakai, Si.Kawaguchi, I.Miyahara, K.Hirotsu, S.Kuramitsu: "Substrate recognition mechanism of thermophilic dual-substrate enzyme"The Journal of Biochemistry. 130(1). 89-98 (2001)
• [文献書誌] A.Satoh, J-K.Kim, I.Miyahara, B.Devreese, I.Vandenberghe, et al.: "Crystal Structure of Quinohemoprotein Amine Dehydrogenase from Pseudomonas putida,Identification of a Novel Quinone Cofactor encaged by Mutiple Thioether Cross-Brudges"J.Biol.Chem.. 277(4). 2830-2834 (2002)
• [文献書誌] Y.Nakajima, I.Miyahara, K.Hirotsu, Y.Nishina, K.Shiga, C.Setoyama, et al.: "Crystallization and preliminary X-ray chsracterization of rat liver acyl-CoA oxidase"The Journal of Biochemistry. D57. 1680-1681 (2001)