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2021 年度 実績報告書

ウシ心筋チトクロムc酸化酵素の反応中間体の精密結晶構造解析

研究課題

研究課題/領域番号 18K06092
研究機関兵庫県立大学

研究代表者

月原 冨武  兵庫県立大学, 理学研究科, 特任教授 (00032277)

研究分担者 吉川 信也  兵庫県立大学, 生命理学研究科, 特任教授(名誉教授) (40068119)
島田 敦広  岐阜大学, 応用生物科学部, 准教授 (80723874)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2022-03-31
キーワードチトクロムc酸化酵素 / 膜タンパク質 / 呼吸酵素 / X線結晶構造解析 / 立体構造 / プロトン能動輸送 / 酸素還元
研究実績の概要

チトクロムc酸化酵素(CcO)は呼吸鎖末端酵素で、酸素の還元とそれに同期したプロトンの能動輸送を担っている。活性中心としてCuA, heme a, heme a3, CuBを有する膜蛋白質である。酸素還元反応の際にCuA, heme aを経て酸素還元中心heme a3, CuBに電子が伝達されるのに同期して、プロトンが能動輸送される。酵素反応サイクル中の幾つかの中間体及び中間体類似の構造を決定して、H-経路プロトンポンプ機構を提案している。この酸素還元に伴う電子移動とプロトン能動輸送の同期の仕組みの解明を目指している。
酸素還元は6種の反応中間体、R, A, P, F, O, Eを経て段階的に進行する。プロトン能動輸送経路は水チャネルとそれに続く水素結合ネットワークとプロトンプールで構成されている。我々は、R状態で水チャネルが開いて4プロトンがマトリックス側からプロトンプールに蓄積されると主張している。P以降の過程で電子がCuA、heme aをへてheme a3に供給される度に1プロトンずつプロトンプールから水素結合ネットワークを介して膜間腔側に輸送される。R状態(還元型)でのみヘリックスXの構造が水チャネルを開いた状態にする。P,F中間体の構造決定をして専門誌に報告した。このことによってP,F中間体の構造結晶学的に確定できた。無損傷休止酸化型結晶でも再精密化を行って、活性中心の構造を確定することができた。さらに、A中間体、O中間体、E中間体の構造を決定し、反応サイクル中の6中間体全ての構造を確定した。その結果は、完全還元型結晶の再精密化も含めて専門誌に掲載された。

  • 研究成果

    (2件)

すべて 2021

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (1件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Critical roles of the CuB site in efficient proton pumping as revealed by crystal structures of mammalian cytochrome c oxidase catalytic intermediates2021

    • 著者名/発表者名
      Atsuhiro Shimada, Fumiyoshi Hara, Kyoko Shinzawa-Itoh, Nobuko Kanehisa, Eiki Yamashita, Kazumasa Muramoto2, Tomitake Tsukihara, and Shinya Yoshikawa
    • 雑誌名

      Journal of Biological Chemistry

      巻: 297 ページ: 100967

    • DOI

      10.1016/j.jbc.2021.100967

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 私の蛋白質結晶学-チトクロムcからチトクロムc酸化酵素2021

    • 著者名/発表者名
      月原冨武
    • 学会等名
      日本結晶学会年会
    • 招待講演

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公開日: 2022-12-28  

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