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2015 年度 実施状況報告書

呼吸鎖末端酵素における効率的エネルギー変換機構の普遍性と多様性の構造基盤

研究課題

研究課題/領域番号 15K07029
研究機関兵庫県立大学

研究代表者

村本 和優  兵庫県立大学, 生命理学研究科, 准教授 (50305679)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード生物物理 / ナノバイオ / 蛋白質 / 酵素
研究実績の概要

呼吸鎖電子伝達系末端酵素ファミリーの構造機能比較からエネルギー変換機構の普遍的構造基盤、ならびにエネルギー効率と機能多様性を決定する構造要因を解明することを目的として、4つのタイプ(チトクロムaa3 タイプO2還元酵素(aa3)、チトクロムcbb3タイプO2還元酵素(cbb3)、チトクロムc 依存性NO還元酵素(cNOR) 、キノール依存性NO還元酵素NOR (qNOR))の構造機能解析を進めた。
aa3の構造解析 1.4 Å分解能までの回折データを用いて、1.5 Å分解能での休止酸化型の構造解析、ならびに1.6 Å分解能での還元型の構造解析が完了した。酸化還元に伴い動くことが見出された水分子はプロトン輸送機能を担うことが示唆される。阻害剤シアン化物イオンが結合した酸化型構造を論文発表した。
cbb3の機能解析 cbb3と電子供与体チトクロムc4(c4)を単離精製した。cbb3によるc4の酸化速度とaa3によるチトクロムcの酸化速度を比較した結果、aa3の方がcbb3より高い酸化速度を示し、aa3では酸性領域で高く、cbb3では中性領域で高くなることが分かった。
cNORの機能解析 cNORと電子供与体チトクロムc551(c551)およびアズリン(Az)を単離精製した。cNORによる電子供与体の酸化における速度論的パラメーターをaa3およびチトクロムcd1タイプNO2還元酵素(cd1NIR)と比較した。kcat値はaa3によるチトクロムcの酸化と同様に酸性領域で高くなること、Km値はcd1NIR に対するc551およびAzと同程度であることが分かった。
qNORの結晶化 活性型のqNORを単離精製する方法を確立した。結晶化した標品を用いてX線回折実験を行った結果、4 Å分解能までの回折斑点が観測された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

論文発表と構造解析の結果がaa3の研究において得られた。構造解析のための結晶がqNORの研究において得られた。機能解析の結果がcbb3とcNORの研究において得られた。

今後の研究の推進方策

aa3の構造解析の結果、cNORの機能解析の結果を論文発表する。aa3の反応中間体の構造解析を引き続き進める。qNORの結晶化および構造解析を引き続き進める。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2015

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] X-ray structure of cyanide-bound bovine heart cytochrome c oxidase in the fully oxidized state at 2.0 angstrom resolution.2015

    • 著者名/発表者名
      Yano N, Muramoto K, Mochizuki M, Shinzawa-Itoh K, Yamashita E, Yoshikawa S, Tsukihara
    • 雑誌名

      Acta Cryst. F

      巻: 71 ページ: 726-730

    • DOI

      10.1107/S2053230X15007025

    • 査読あり
  • [学会発表] 呼吸鎖電子伝達系プロトンポンプ性酸素還元酵素の電子伝達活性2015

    • 著者名/発表者名
      村本和優
    • 学会等名
      日本生体エネルギー研究会第41回討論会
    • 発表場所
      東京大学 文京区
    • 年月日
      2015-12-21 – 2015-12-21
  • [学会発表] Co-crystallization and kinetic analysis of nitric oxide reductase and electron transfer proteins from Pseudomonas aeruginosa.2015

    • 著者名/発表者名
      Oobatake K, Muramoto K, Tosha T, Shiro Y
    • 学会等名
      第3回ピコバイオロジー研究所国際シンポジウム
    • 発表場所
      兵庫県立先端科学技術支援センター 赤穂郡上郡町
    • 年月日
      2015-12-08 – 2015-12-09
    • 国際学会
  • [学会発表] Purification and crystallization of quinol-dependent nitric oxide reductase from Neisseria meningitides.2015

    • 著者名/発表者名
      Yuki R, Muramoto K, Tosha T, Shiro Y
    • 学会等名
      第3回ピコバイオロジー研究所国際シンポジウム
    • 発表場所
      兵庫県立先端科学技術支援センター 赤穂郡上郡町
    • 年月日
      2015-12-08 – 2015-12-09
    • 国際学会
  • [学会発表] Structural analysis of respiratory O2 reductase in the reaction intermediate state.2015

    • 著者名/発表者名
      村本和優
    • 学会等名
      日本生物物理学会第53回年会
    • 発表場所
      金沢大学 金沢市
    • 年月日
      2015-09-13 – 2015-09-15
  • [学会発表] 緑膿菌由来一酸化窒素還元酵素と電子供与タンパク質の精製及び共結晶化2015

    • 著者名/発表者名
      大畠海人、村本和優、當舎武彦、城宜嗣
    • 学会等名
      第15回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      あわぎんホール 徳島市
    • 年月日
      2015-06-24 – 2015-06-26
  • [学会発表] 高分解能X 線結晶構造解析によるチトクロム酸化酵素の酸素還元・プロトンポンプ機構の解明2015

    • 著者名/発表者名
      月原冨武、島田敦広、島田悟、武村秀平、馬場淳平、村本和優、山下栄樹、伊藤・新澤恭子、吉川信也
    • 学会等名
      第15回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      あわぎんホール 徳島市
    • 年月日
      2015-06-24 – 2015-06-26
  • [学会発表] チトクロム酸化酵素内のMgを含む水クラスターが酸素取り込み前に4等量のプロトンを蓄積することで、高効率プロトンポンプ反応を可能にする2015

    • 著者名/発表者名
      島田敦広、矢野直峰、武村秀平、村本和優、山下栄樹、伊藤・新澤恭子、前田友子、月原冨武、吉川信也
    • 学会等名
      第15回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      あわぎんホール 徳島市
    • 年月日
      2015-06-24 – 2015-06-26
  • [学会発表] Purification and co-crystallization of nitric oxide reductase and electron transfer proteins from Pseudomonas aeruginosa.2015

    • 著者名/発表者名
      Oobatake K, Muramoto K, Tosya T, Shiro Y
    • 学会等名
      RIKEN Symposium “Metals in Biology” in Wako
    • 発表場所
      理研和光キャンパス 和光市
    • 年月日
      2015-06-16 – 2015-06-17

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公開日: 2017-01-06  

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