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2018 年度 実施状況報告書

プロトンポンプ機構解明に向けた呼吸鎖末端酵素の構造機能解析

研究課題

研究課題/領域番号 18K06162
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) 2018-04-01 – 2021-03-31
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

電子伝達(酸化還元反応)と共役したプロトンポンプのエネルギー変換機構に必須な構造要因を解明することを目的として、電子伝達系末端酵素ファミリーに属する、ミトコンドリアのプロトンポンプ性酸素還元酵素(シトクロム酸化酵素)と細菌の非プロトンポンプ性一酸化窒素還元酵素の構造機能解析を進めた。
シトクロム酸化酵素の解析:酸素還元部位に阻害剤であるアジ化物が結合した酵素の構造を1.85Å分解能で決定し、論文発表した。単量体酵素の酸化型と還元型の構造を、それぞれ1.85Å分解能と1.95Å分解能で決定するとともに、単量体構造が活性型であることを明らかにした。酵素に結合するカルジオリピンの構造を決定するとともに、その他の脂質分子に含まれるリン原子の同定と1.3Å分解能での構造解析を進めた。カルシウムイオンが結合した酵素の酸化型と還元型の構造を、それぞれ1.7Å分解能で決定した。酵素反応中間体であるF型の構造を1.8Å分解能で決定した。酵素反応中間体であるO型の構造解析を進めた。
一酸化窒素還元酵素の解析:酵素による電子供与体(シトクロムc、ならびにアズリン)の酸化反応の速度論的解析を進めた。反応速度に対するイオン強度およびシトクロムcの酵素結合部位の変異の効果を明らかにした。酵素による電子供与体(ユビキノール、ならびにメナジオール)の酸化反応の速度論的解析を進めた。キノールアナログ分子による阻害様式、および酵素のキノール結合部位の変異の効果を明らかにした。X結晶解析により3.0Å分解能の電子密度図を得た。低温電子顕微鏡解析により9Å分解能の像を得た。

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

シトクロム酸化酵素の構造解析(アジ化物結合型)の成果が論文発表された。シトクロム酸化酵素の構造解析(単量体構造、カルシウムイオン結合型)が完了した。シトクロム酸化酵素の構造解析(単量体構造、カルシウムイオン結合型、F型中間体)が完了した。一酸化窒素還元酵素によるシトクロムc、ならびにアズリンの酸化反応の速度論的解析がおおむね完了した。一酸化窒素還元酵素によるユビキノール、ならびにメナジオールの酸化反応の速度論的解析が完了した。

今後の研究の推進方策

シトクロム酸化酵素の構造解析(リン脂質構造、O型反応中間体等)を引き続き進める。一酸化窒素還元酵素の結晶構造解析および電子顕微鏡解析を引き続き進める。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] X-ray structural analyses of azide-bound cytochrome c oxidases reveal that the H-pathway is critically important for the proton-pumping activity.2018

    • 著者名/発表者名
      1.Shimada A, Hatano K, Tadehara H, Yano N, Shinzawa-Itoh K, Yamashita E, Muramoto K, Tsukihara T, Yoshikawa S.
    • 雑誌名

      J Biol Chem.

      巻: 293 ページ: 14868-14879

    • DOI

      10.1074/jbc.RA118.003123.

    • 査読あり
  • [学会発表] 呼吸鎖電子伝達系末端酵素の構造と機能2019

    • 著者名/発表者名
      村本和優
    • 学会等名
      2018年度べん毛研究交流会
  • [学会発表] Steady state kinetics of quinol oxidation by nitric oxide reductase from Neisseria meningitis.2018

    • 著者名/発表者名
      Jamali MMA, Muramoto K, Tosha T, Shiro Y.
    • 学会等名
      9th Asian Biological Inorganic Chemistry Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] ウシ心筋ミトコンドリア由来シトクロムc酸化酵素のカルシウムイオン結合構造2018

    • 著者名/発表者名
      村本和優、伊藤・新澤恭子
    • 学会等名
      本生体エネルギー研究会第43回討論会
  • [学会発表] Calcium ion-binding structure of respiratory A-type oxygen reductase.2018

    • 著者名/発表者名
      村本和優、伊藤・新澤恭子
    • 学会等名
      日本生物物理学会第56回年会

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公開日: 2019-12-27  

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