ペプチド・ビルトイン型キノン補酵素の生合成機構と触媒機能

2009 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18370043
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 谷澤 克行 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (20133134)
• 研究分担者: 岡島 俊英 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (10247968)
• キーワード: 銅アミン酸化酵素 / トパキノン / ビルトイン型キノン補酵素 / キノヘムプロテイン / 分子内チオエーテル架橋 / 翻訳後修飾 / X線結晶解析 / 酵素触媒機構

研究概要

1.銅アミン酸化酵素の精密触媒機構の解析
トパキノン補酵素を含有する銅アミン酸化酵素の触媒反応はPing-Pong機構で進行し、第一生成物のアルデヒドと基質由来のアミノ基がキノン環に結合した2電子還元型のアミノレゾルシノール型トパキノンが生成する前半の還元的半反応と、還元型トパキノンと分子状酸素との反応により過酸化水素とアンモニアが生じ、酸化型トパキノンが再生される後半の酸化的半反応とから成り立っている。本年度は、定常状態反応と還元的半反応の速度論的解析、並びに様々な条件下で形成させた反応中間体のX線結晶解析を行うことにより、TPQ_<sq>中間体の形成過程における活性部位の構造変化を明らかにするとともに、TPQ_<sq>中間体形成が還元的半反応における必須の反応過程であることを証明した。
2.FT-MSを用いたキノヘムプロテイン・アミン脱水素酵素サブユニットの化学構造解析
キノヘムプロテイン・アミン脱水素酵素(QHNDH)は、ヘテロ三量体サブユニット構造をもち、約60kDaのα-サブユニットには2分子のヘムcが、約9kDaのγ-サブユニットにはビルトイン型キノン補酵素のCTQが含まれている。CTQは遺伝子上ではCys37とTrp43としてコードされており、γ-サブユニットの翻訳後修飾により両残基間にチオエーテル架橋が形成されると同時に、Trp43のインドール環がオルトキノン化されて生合成されると考えられる。本年度は、エレクトロスプレーイオン化フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析計(FT-ICR MS)により、各サプユニットを分離せずにαβγ複合体のまま分析試料として直接用いることにより、各サブユニットの質量を精確に測定する手法を確立した。その結果、各サブユニットの非常に精確な質量分析値を得ることに成功し、今後のCTQ生成機構の解明に向けて大きな展望が開けた。

研究成果

• [雑誌論文] 分子内架橋構造をもちトリプトファン残基に由来するキノン補酵素の生合成機構 (2009)
  • 著者名/発表者名: 岡島俊英, 谷澤克行
  • 雑誌名: 化学と生物 47 ページ: 522-524
• [雑誌論文] (2009)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, S., Okajima, T., Tanizawa, K., Mure, M.(共蓍)
  • 雑誌名: Copper Amine Oxidases : Structures, Catalytic Mechanisms, and Role in Pathophysiology Cofactors of Amine Oxidases : Copper Ion and Its Substitution and the 2, 4, 5-Trihydoxylphenylalanine Quinone(Chapter3)(CRC Press, Taylor & francis Group) ページ: 344(19-38)
• [雑誌論文] (2009)
  • 著者名/発表者名: Toshihide Okajima, Katsuyuki Tanizawa(共蓍)
  • 雑誌名: Copper amine Oxidases : Structures, Catalytic Mechanisms, and Role in Physiopathology Mechanism of TPQ Biogenesis in Prokaryotic Copper Amine Oxidase(Chapter8)(CRC Press, Taylor & francis Group) ページ: 344(103-118)
• [学会発表] Acid-Base Chemistry in the Reductive Half-Reaction of Copper Amine Oxidase from Arthrobacter globiformis (2010)
  • 著者名/発表者名: Murakawa, T., Hayashi, H., Okajima, T., Tanizawa, K.
  • 学会等名: Gordon Research Conference on 'Protein Cofactors, Radicals and Quinones'
  • 発表場所: Four Points Sheraton/Holiday Inn Express, Ventura, CA, USA
  • 年月日: 20100124-20100129
• [学会発表] X-ray Crystallographic Evidence for Conformational Change of Topaquinone in the Reductive Half-reaction of Copper Amine Oxidase from Arthrobacter globiformis (2010)
  • 著者名/発表者名: Hamaguchi, A., Okajima, T., Nakai, T., Tanizawa, K., Murakawa, T., Hayashi, H.
  • 学会等名: Gordon Research Conference on 'Protein Cofactors, Radicals and Quinones'
  • 発表場所: Four Points Sheraton/Holiday Inn Express, Ventura, CA, USA
  • 年月日: 20100124-20100129
• [学会発表] ビルトイン型キノン補酵素の生合成システム (2010)
  • 著者名/発表者名: 谷澤克行
  • 学会等名: 日本農芸化学会2010年度大会
  • 発表場所: 東京大学駒場キャンパス(東京都)
  • 年月日: 2010-03-30
• [学会発表] Reductive Half-reactipn of Bacterial Copper Amine Oxidase is Controlled by the Conformational Change of the Topaquinone Cofactor (2010)
  • 著者名/発表者名: Toshihide OKAJIMA, Katsuyuki TANIZAWA
  • 学会等名: International Symposium of Joint Research Network on Advanced Materials and Devices
  • 発表場所: ホテルニドム(苫小牧市)
  • 年月日: 2010-03-25
• [学会発表] Reductive Half-reaction of Bacterial Copper Amine Oxidase is Controlled by the Conformational Change of the Topaquinone Cofactor (2010)
  • 著者名/発表者名: Toshihide Okajima, Akio Hamaguchi, Tadashi Nakai, Katsuyuki Tanizawa
  • 学会等名: 物質・デバイス領域ネットワーク型共同研究拠点発足記念シンポジウム
  • 発表場所: 阪大コンベンションセンター(吹田市)
  • 年月日: 2010-03-24
• [学会発表] X-ray Crystallographic Evidence for Conformational Change of Topaquinone in the Reductive Half-reaction of Bacterial Copper Amine Oxidase (2010)
  • 著者名/発表者名: Toshihide Okajima, Akio Hamaguchi, Tadashi Nakai, Katsuyuki Tanizawa
  • 学会等名: The 13th SANKEN International Symposium 2009/the 8th SANKEN Nanotechnology Symposium/the 3rd SANKENMSTEC Symposium/the 2nd SANKEN Alliance Symposium
  • 発表場所: 関西空港国際会議場(泉佐野市)
  • 年月日: 2010-01-18
• [学会発表] 時間分割X線結晶構造解析による銅・トパキノン含有アミン酸化酵素反応機構の構造学的研究 (2009)
  • 著者名/発表者名: 片岡未有, 冨永鮎子, 大津雅之, 岡島俊英, 谷澤克行, 山口宏
  • 学会等名: 第47回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: アスティ徳島(徳島市)
  • 年月日: 2009-11-01
• [学会発表] 速度論および構造解析に基づく酵素触媒反応におけるプロトントンネリング機構の解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 村川武志, 岡島俊英, 谷澤克行, 林秀行
  • 学会等名: 第82回日本生化学会大会
  • 発表場所: 神戸国際展示場(神戸市)
  • 年月日: 2009-10-22
• [学会発表] 銅アミン酸化酵素反応トパセミキノンラジカル中間体を経由して進行する (2009)
  • 著者名/発表者名: 濱口章央, 岡島俊英, 村川武志, 林秀行, 谷澤克行
  • 学会等名: 第82回日本生化学会大会
  • 発表場所: 神戸国際展示場(神戸市)
  • 年月日: 2009-10-22
• [学会発表] 銅・トパキノン含有アミン酸化酵素における触媒反応機構の構造学的研究 (2009)
  • 著者名/発表者名: 片岡未有, 冨永鮎子, 大津雅之, 岡島俊英, 谷澤克行, 山口宏
  • 学会等名: 第9回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 熊本全日空ホテルニュースカイ(熊本市)
  • 年月日: 2009-05-20
• [備考]
  • URL: http://www.sanken.osaka-u.ac.jp/labs/smb/AGAO.html
• [備考]
  • URL: http://www.sanken.osaka-u.ac.jp/labs/smb/QHNDH.html