2002 年度実績報告書

疎水性コア構造変換によるヘムタンパク質の耐熱性発現機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号	14045203
研究機関	筑波大学
研究代表者	山本泰彦筑波大学, 化学系, 教授 (00191453)
研究分担者	三田肇筑波大学, 化学系, 助手 (00282301)
キーワード	熱安定性タンパク質 / ヘムタンパク質 / 電子伝達タンパク質 / NMR / 電気化学測定 / 常磁性錯体 / 酸化還元電位 / 人工変異体
研究概要	タンパク質の高次構造の安定化と機能調節の分子機構を解明するために、好熱菌Hydrogenobacter thermophilusのシトクロムc_<552>(HT)、HTの相同タンパク質である常温菌Pseudomonas aeruginosaのシトクロムc_<551>(PA)、およびPAのアミノ酸残基をHTの相当する残基に置換した変異体の構造と機能の温度依存性を解析した。ヘム活性部位の構造解析は^1H NMRおよび可視吸収スペクトルにより、電子伝達機能の指標となる酸化還元電位(E^0')の測定はサイクリックボルタンメトリー(CV)により、それぞれ行った。^1H NMRスペクトルのヘムメチル基および軸配位子Metシグナルの温度変化から、PAに変異を導入することによりヘム鉄の配位構造が安定化することが示された。また、酸化型よりも還元型の方が活性部位の構造が安定であることが実証された。酸化型シトクロムcの695nmの吸光度の温度変化から、変異の導入によりヘム鉄とMetの配位結合が安定化することが示された。CVの温度変化から変異の導入により電気化学応答も高温まで示すこと、E^0'はエンタルピー的に変化することが明らかとなった。PAへの変異導入によりヘム鉄とMetの配位結合の安定性が上昇したことから、変異によりヘム近傍の疎水性コアが安定化され、ヘム鉄とMetの配位結合が強められたと考えられる。還元型シトクロムcでは、2価鉄とMetの硫黄原子との配位結合が安定であるため、酸化型よりも活性部位の構造安定性が高いことから、酸化型におけるヘム鉄と軸配位子Metとの配位結合の安定性の違いがE^0'を調節する重要な要因の一つであると考えられる。このように、本研究により、酸化型シトクロムcにおけるヘム鉄と軸配位子Metの配位結合の安定性が、構造安定性および機能調節を決定する重要な構造化学的因子であることが明らかとなった。

研究成果

(6件)

すべてその他

すべて文献書誌 (6件)

[文献書誌] Yasuhiko Yamamoto et al.: "Influence of amino acid side chain packing on Fe-methionine coordination in thermostable cytochrome c"Journal of the American Chemical Society. 124. 11574-11575 (2002)
[文献書誌] Youhei Misumi et al.: "Structural characterization of non-native states of sperm whale myoglobin in aqueous ethanol or 2,2,2-trifluoroethanol media"Biochimica et Biophysica Acta. 1601. 75-84 (2002)
[文献書誌] Satoshi Nagao et al.: "^<19>F NMR Studies of Hemoproteins Possessing Fluorinated Hemes"Proceedings of 16^<th> European Experimental Nuclear Magnetic Resonance Conference. PB111 (2002)
[文献書誌] Yueki Hirai et al.: "Characterization of Heme Electronic Structure in Oxy and Carbonmonoxy Myoglobins"Prcceedings of 35^<th> International Conference on Coordination Chemistry. 370 (2002)
[文献書誌] Hitomi Matsuo et al.: "Structural and Functional Roles of Loop Bearing Fe-coordinated Methionine in Thermostable Cytochrome c"Proceedings of 20^<th> ICMRBS International Conference on Magnetic Resonance in Bioloical Systems. 174-175 (2002)
[文献書誌] 山本泰彦他: "電子伝達タンパク質シトクロムcの熱安定性と機能調節の分子機構"化学と生物. 41. 190-197 (2003)

2002 年度 実績報告書

疎水性コア構造変換によるヘムタンパク質の耐熱性発現機構の解明

研究代表者

山本 泰彦 筑波大学, 化学系, 教授 (00191453)

研究成果

[文献書誌] Yasuhiko Yamamoto et al.: "Influence of amino acid side chain packing on Fe-methionine coordination in thermostable cytochrome c"Journal of the American Chemical Society. 124. 11574-11575 (2002)

[文献書誌] Youhei Misumi et al.: "Structural characterization of non-native states of sperm whale myoglobin in aqueous ethanol or 2,2,2-trifluoroethanol media"Biochimica et Biophysica Acta. 1601. 75-84 (2002)

[文献書誌] Satoshi Nagao et al.: "^<19>F NMR Studies of Hemoproteins Possessing Fluorinated Hemes"Proceedings of 16^<th> European Experimental Nuclear Magnetic Resonance Conference. PB111 (2002)

[文献書誌] Yueki Hirai et al.: "Characterization of Heme Electronic Structure in Oxy and Carbonmonoxy Myoglobins"Prcceedings of 35^<th> International Conference on Coordination Chemistry. 370 (2002)

[文献書誌] Hitomi Matsuo et al.: "Structural and Functional Roles of Loop Bearing Fe-coordinated Methionine in Thermostable Cytochrome c"Proceedings of 20^<th> ICMRBS International Conference on Magnetic Resonance in Bioloical Systems. 174-175 (2002)

[文献書誌] 山本泰彦 他: "電子伝達タンパク質シトクロムcの熱安定性と機能調節の分子機構"化学と生物. 41. 190-197 (2003)

2002 年度実績報告書

山本泰彦筑波大学, 化学系, 教授 (00191453)

[文献書誌] 山本泰彦他: "電子伝達タンパク質シトクロムcの熱安定性と機能調節の分子機構"化学と生物. 41. 190-197 (2003)