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2007 年度 実績報告書

短寿命な気体分子・呼吸酵素複合体の結晶構造から明らかにする呼吸機能の進化

研究課題

研究課題/領域番号 19310147
研究機関独立行政法人理化学研究所

研究代表者

永野 真吾  独立行政法人理化学研究所, 城生体金属科学研究室, 専任研究員 (60286440)

研究分担者 城 宜嗣  独立行政法人理化学研究所, 城生体金属科学研究室, 主任研究員 (70183051)
松本 悠史  独立行政法人理化学研究所, 城生体金属科学研究室, 協力研究員 (40443030)
平野 聡  独立行政法人理化学研究所, 城生体金属科学研究室, 協力研究員 (10446528)
日野 智也  独立行政法人理化学研究所, 城生体金属科学研究室, 客員研究員 (40373360)
キーワード呼吸酵素 / 結晶構造 / 分子進化
研究概要

脱窒菌などは脱窒と共役して生体エネルギーを獲得する硝酸呼吸をおこなうことができる。脱窒を担う酵素群のなかで一酸化窒素を亜酸化窒素(N_2O)に還元するのが一酸化窒素還元酵素(NOR)である。NORは好気呼吸の末端酸化酵素であるシトクロムcオキシダーゼ(CcO)とアミノ酸配列の相同性が見られることなどからNORはCcOの祖先分子であるとみなされており、呼吸酵素の分子進化の観点からも興味深い。本研究ではNORやCcOの機能発現の鍵となる気体分子複合体の結晶構造解析から、呼吸機能の進化の仕組みを解明することを目的としている。本年度はNOR単独での結晶構造の解明を目標として研究を進めた。ターゲットして結晶化および構造決定の可能性が高いと期待される好熱菌Bacillusslearothermophillus由来の好熱性NORを選定した。本酵素をゲノムからクローニングし、遺伝子を大腸菌に組み込んだ発現系を構築した。大腸菌培養液1リットル当たり精製酵素を約0.5mg得ることが出来た。この標品について一酸化窒素還元活性、吸収スペクトル、電子常磁性共鳴スペクトルを測定し、一酸化窒素還元活性を発現できる活性部位を保持していることを確認した。結晶化スクリーニング、結晶化条件の最適化により2.75A分解能の反射を与える単結晶を得ることに成功した。現在までにほぼすべてのアミノ酸残基のモデル構築をほぼ終えている。これは世界に先駆けた膜結合型一酸化窒素還元酵素の結晶構造解析であり、本酵素と気体分子との複合体の構造解析による呼吸機能の分子進化のメカニズム解明に向けて極めて重要な基盤を築く結果である。現在更なる分解能の向上を目指して精製、結晶化条件の検討を進めている。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2008 2007

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (4件)

  • [雑誌論文] Crystal structure of VioE,a key player in the construction of the molecular skeleton of violacein2008

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Hirano
    • 雑誌名

      J.Biol.Chem (in press)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 抗がん剤のインドロカルバゾール骨格を作るP450の電子引き抜き反応2008

    • 著者名/発表者名
      尾仲 宏康
    • 雑誌名

      バイオサイエンスとインダストリー 66

      ページ: 22-24

  • [雑誌論文] Crystal structures and catalytic mechanism of cytochrome P450 StaP that produces the indolocarbazole skeleton2007

    • 著者名/発表者名
      Masatomo Makino
    • 雑誌名

      Proc.Natl.Acad.Sci.USA 104

      ページ: 11591-11596

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hydrogen peroxide dependent monooxygenations by tricking the substrate regognition of cytochrome P450(BS beta)2007

    • 著者名/発表者名
      Osami Shoji
    • 雑誌名

      Angew.Chem.Int.Ed 46

      ページ: 3656-3659

    • 査読あり
  • [学会発表] 膜貫通型-酸化窒素還元酵素の発現と結晶化2007

    • 著者名/発表者名
      松本 悠史
    • 学会等名
      日本生物物理学会第45回年会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2007-12-23
  • [学会発表] 抗がん剤の骨格を形成するチトクロムP450 StaPのX線結晶構造はP450の珍しい触媒機構を示唆する2007

    • 著者名/発表者名
      牧野 正知
    • 学会等名
      日本生物物理学会第45回年会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2007-12-23
  • [学会発表] Identification of an active site of VioE,which constructs a violacein skeleton,by crystallographic and mutagenesis analyses2007

    • 著者名/発表者名
      平野 聡
    • 学会等名
      第30回日本分子生物学会年会・第80回日本生化学会大会合同大会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2007-12-11
  • [学会発表] Crystal Structure of Cytochrome P450 StaP-Chromopyrrolic Acid Complex:Implications for Indolocarbazole Core Biosynthesis2007

    • 著者名/発表者名
      Masatomo Makino
    • 学会等名
      15^<th>International Conference on Cytochrome P450
    • 発表場所
      Bled,Slovenia
    • 年月日
      2007-06-18

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公開日: 2010-02-04   更新日: 2016-04-21  

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