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2017 年度 実施状況報告書

核共鳴非弾性散乱分光によるセンサー蛋白質の気体感知機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 16K05850
研究機関兵庫県立大学

研究代表者

太田 雄大  兵庫県立大学, 生命理学研究科, 特任講師 (70509950)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード核共鳴非弾性散乱分光 / ヘムタンパク質 / 共鳴ラマン分光
研究実績の概要

酸素結合型および一酸化炭素結合型のヘムタンパク質の核共鳴非弾性散乱分光解析で得た振動状態密度から、ヘムの分子構造と電子状態の相関について洞察を得るべく、ヘム鉄中心およびヘム近傍のタンパク質環境を取り入れたモデル分子について各種密度汎関数法による量子化学計算を行った。また、タンパク質内のヘム鉄の動力学的性質を明らかにするために、ヘム鉄と第一配位圏との結合の硬さを表す力の定数(Stiffness)およびヘム補因子全体と周辺タンパク質との相互作用の強さを表す力の定数(Resilience)について解析した。
核共鳴非弾性散乱分光データをよく再現できる理論レベルを見出すべく、各種密度汎関数法(密度汎関数の混合比についても検討)を用いた分子構造最適化と基準振動解析を行い、理論的に振動状態密度を求めた。本解析により、酸素結合型および一酸化炭素結合型ヘム鉄において、信頼できる基準振動モードを得た。その結果、これまで共鳴ラマン分光により帰属されてきたヘム鉄ー酸素伸縮バンドの帰属については、再考を要することが明らかになった。また、一酸化炭素結合型ヘムについては、直線型Fe-CO構造のみならず折れ曲り型の構造が存在しうることが示唆され、気体分子感知機構について重要な知見を得た。さらに、化学修飾したヘムタンパク質の振動状態密度の解析により、ヘム分子構造がその電子状態とタンパク質の動力学的性質に顕著な影響を与えることを明らかにした。
本研究は、酸素結合、貯蔵、運搬および酸素感知に関わるヘムタンパク質の構造化学および動力学を考察する上で、重要な洞察を与えるものである。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

分光データの理論解析は順調であった。しかし、Spring-8での核共鳴実験のビームタイムを予定通りに獲得できなかったため、実験データ蓄積の上で遅れを生じている。

今後の研究の推進方策

Spring-8の課題申請にて十分なビームタイムを獲得するには、当該施設を利用した研究成果の論文発表が重要と考えられる。したがって、早急に今年度の解析結果を論文としてまとめる。

次年度使用額が生じた理由

Spring-8での実験に必要な消耗品経費が予定どおりに使用されなかったため、次年度使用額が生じた。次年度において、Spring-8での実験に必要な消耗品に使用する。また、理論解析を推進するために、コンピュータの導入やクラスターの構築を検討する。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 5件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] A water-soluble supramolecular complex that mimics the heme/copper hetero-binuclear site of cytochrome c oxidase2018

    • 著者名/発表者名
      Kitagishi Hiroaki、Shimoji Daiki、Ohta Takehiro、Kamiya Ryo、Kudo Yasuhiro、Onoda Akira、Hayashi Takashi、Weiss Jean、Wytko Jennifer A.、Kano Koji
    • 雑誌名

      Chemical Science

      巻: 9 ページ: 1989~1995

    • DOI

      10.1039/C7SC04732K

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Dioxygen Activation and O?O Bond Formation Reactions by Manganese Corroles2017

    • 著者名/発表者名
      Guo Mian、Lee Yong-Min、Gupta Ranjana、Seo Mi Sook、Ohta Takehiro、Wang Hua-Hua、Liu Hai-Yang、Dhuri Sunder N.、Sarangi Ritimukta、Fukuzumi Shunichi、Nam Wonwoo
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 139 ページ: 15858~15867

    • DOI

      10.1021/jacs.7b08678

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Achieving One-Electron Oxidation of a Mononuclear Nonheme Iron(V)-Imido Complex2017

    • 著者名/発表者名
      Hong Seungwoo、Lu Xiaoyan、Lee Yong-Min、Seo Mi Sook、Ohta Takehiro、Ogura Takashi、Cl?mancey Martin、Maldivi Pascale、Latour Jean-Marc、Sarangi Ritimukta、Nam Wonwoo
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 139 ページ: 14372~14375

    • DOI

      10.1021/jacs.7b08161

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Distinct Reactivity of a Mononuclear Peroxocobalt(III) Species toward Activation of Nitriles2017

    • 著者名/発表者名
      Noh Hyeonju、Jeong Donghyun、Ohta Takehiro、Ogura Takashi、Valentine Joan Selverstone、Cho Jaeheung
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 139 ページ: 10960~10963

    • DOI

      10.1021/jacs.7b04479

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] New mechanistic insights into intramolecular aromatic ligand hydroxylation and benzyl alcohol oxidation initiated by the well-defined (μ-peroxo)diiron(iii) complex2017

    • 著者名/発表者名
      Sekino Mio、Furutachi Hideki、Tojo Rina、Hishi Ayumi、Kajikawa Hanako、Suzuki Takatoshi、Suzuki Kaito、Fujinami Shuhei、Akine Shigehisa、Sakata Yoko、Ohta Takehiro、Hayami Shinya、Suzuki Masatatsu
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 53 ページ: 8838~8841

    • DOI

      10.1039/C7CC04382A

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Mononuclear Nonheme Iron(V)-Imido Complex2017

    • 著者名/発表者名
      Hong Seungwoo、Sutherlin Kyle D.、Vardhaman Anil Kumar、Yan James J.、Park Sora、Lee Yong-Min、Jang Soojeong、Lu Xiaoyan、Ohta Takehiro、Ogura Takashi、Solomon Edward I.、Nam Wonwoo
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 139 ページ: 8800~8803

    • DOI

      10.1021/jacs.7b04695

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 核共鳴非弾性散乱分光による鉄蛋白質活性中心の構造化学とダイナミックス2018

    • 著者名/発表者名
      太田雄大
    • 学会等名
      第11回 SPRUC 核共鳴散乱研究会 (名古屋工業大学)
    • 招待講演
  • [学会発表] Structural basis and dynamics for gas recognition of myoglobin: A nuclear resonance vibrational spectroscopic study2017

    • 著者名/発表者名
      Takehiro Ohta
    • 学会等名
      Ewha Bioinorganic Chemistry Symposium 2017 (Seoul, Korea)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 核共鳴非弾性散乱分光により解き明かす鉄蛋白質活性点の構造化学とダイナミックス2017

    • 著者名/発表者名
      太田雄大
    • 学会等名
      第55回日本生物物理学会年会(熊本大学)
    • 招待講演
  • [学会発表] Nuclear resonance vibrational spectroscopic study of diatomic gas sensing mechanism of myoglobin2017

    • 著者名/発表者名
      Takehiro Ohta
    • 学会等名
      The 254th American Chemical Society National Meeting (Washington DC,USA)
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2018-12-17  

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