研究課題
呼吸と生体エネルギー発生の機構は古くから人々の興味を惹きつけてきた生命科学の中心課題の一つであるが、その本質はミトコンドリアで行われているプロトンポンプにある。これを担っている巨大膜タンパク質がチトクロム酸化酵素であり、我々が呼吸で取り入れた酸素分子（O2）を利用して、プロトンをミトコンドリア内膜の内側から外側へポンプしている。本研究の目的は、X線自由電子レーザー（XFEL）による時間分解X線結晶構造解析と時間分解振動分光解析を組み合わせた先端計測により、チトクロム酸化酵素のプロトンポンプ機構を原子レベルで明らかにすることである。時間分解測定には、UVパルス照射によって基質（O2）を放出する「ケージドO2」を用いる計画である。本年度は、ケージドO2の取り扱い方法を確立し、314 nmの励起波長で効率的にO2の放出を誘起できることを確認した。さらにケージドO2を用いて、酵素反応の時間分解可視吸収分光測定を試みた。チトクロム酸化酵素の反応中間体は、ヘム活性中心の可視吸収スペクトルによって特徴付けることが可能である。まずは可溶化酵素の反応観測を試みた結果、O2結合型の生成に続き、基質O2のO=O結合が開裂した反応中間体の生成を観測することに成功した。今後は、時間分解結晶構造解析の実験条件を決定するために、結晶試料に対して時間分解可視吸収分光測定を行なう計画である。また結晶試料の時間分解振動分光測定に向けて、赤外顕微鏡を本年度導入した。
2: おおむね順調に進展している
ケージドO2の取り扱い方法を確立し、それを用いて酵素反応の可視吸収分光測定に成功したため。ケージドO2の有用性を確認でき、次年度に繋がる成果が得られている。
結晶試料に対して時間分解可視吸収分光測定を行ない、時間分解X線結晶構造解析の実験条件を確立する。また同時並行して、赤外顕微鏡や顕微ラマン装置を用いて、チトクロム酸化酵素結晶の時間分解振動分光に取り組む。
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