• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2022 年度 実績報告書

[FeFe]ヒドロゲナーゼの構造基盤と反応機構

研究課題

研究課題/領域番号 20H03215
研究機関兵庫県立大学

研究代表者

緒方 英明  兵庫県立大学, 理学研究科, 教授 (30795935)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワードヒドロゲナーゼ / 水素 / クライオ電子顕微鏡 / 構造解析 / 赤外分光法 / 酸化還元電位
研究実績の概要

ヒドロゲナーゼは多くの微生物が持つ金属酵素で、水素分子の分解や合成を可逆的に触媒する。本研究では、2つのタイプの[FeFe]ヒドロゲナーゼの反応機構の解明を目指した。電子伝達分岐型[FeFe]ヒドロゲナーゼは、2つの異なる酸化還元電位をもつ電子伝達体(フェレドキシンとNADH)から電子を受け取り、2核鉄錯体の活性中心であるHクラスターで水素分子を生成する。この特異な電子伝達に関して、どのようにして活性中心へ電子やプロトンが伝達されるのか(活性中心やフラビン・[FeS]クラスターの酸化還元状態)を、分光学的手法や構造解析により明らかにした。また、水素センサーと考えられている調節型[FeFe]ヒドロゲナーゼの活性中心の酸化還元状態を分光学的手法により明らかにした。[FeFe]ヒドロゲナーゼ遺伝子(電子伝達分岐型HydABCと調節型HydS)を、それぞれベクターに導入し大腸菌による発現系を構築しモデル化合物を挿入することによって人工的に成熟化した。これらの[FeFe]ヒドロゲナーゼのさまざまな酸化還元状態を電気化学的FTIR分光法で解析した。調節型[FeFe]ヒドロゲナーゼ の活性中心近傍のプロトン輸送経路と予想されるアミノ酸に対して変異体を導入し水素酸化活性を測定し、 ある変異体(S267M)で水素酸化活性がほとんど消失していることを明らかにした。第2配位圏の違いにより活性中心の鉄硫黄クラスターの酸化還元電位が変化することが明らかとなった。さらに、電子伝達分岐型[FeFe]ヒドロゲナーゼのクライオ電子顕微鏡法による構造解析をマックスプランク研究所と英国ヨーク大学と共同で行った。その結果、3つのサブユニットで構成される[FeFe]ヒドロゲナーゼが4量体を構成していることが明らかとなった。また、フェレドキシン様ドメインがZnイオンを介して開閉する動きをすることが明らかとなった。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 3件、 招待講演 3件)

  • [国際共同研究] マックスプランク研究所(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      マックスプランク研究所
  • [国際共同研究] ヨーク大学/オックスフォード大学/エセックス大学(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      ヨーク大学/オックスフォード大学/エセックス大学
  • [国際共同研究] CSIR海洋学国立研究所(インド)

    • 国名
      インド
    • 外国機関名
      CSIR海洋学国立研究所
  • [雑誌論文] Redox tuning of the H-cluster by second coordination sphere amino acids in the sensory [FeFe] hydrogenase from Thermotoga maritima2023

    • 著者名/発表者名
      Chongdar Nipa、Rodriguez-Macia Patricia、Reijerse Edward J.、Lubitz Wolfgang、Ogata Hideaki、Birrell James A.
    • 雑誌名

      Chemical Science

      巻: 14 ページ: 3682~3692

    • DOI

      10.1039/d2sc06432d

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Structural insight on the mechanism of an electron-bifurcating [FeFe] hydrogenase2022

    • 著者名/発表者名
      Furlan Chris、Chongdar Nipa、Gupta Pooja、Lubitz Wolfgang、Ogata Hideaki、Blaza James N、Birrell James A
    • 雑誌名

      eLife

      巻: 11 ページ: -

    • DOI

      10.7554/elife.79361

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Second and Outer Coordination Sphere Effects in Nitrogenase, Hydrogenase, Formate Dehydrogenase, and CO Dehydrogenase2022

    • 著者名/発表者名
      Stripp Sven T.、Duffus Benjamin R.、Fourmond Vincent、Leger Christophe、Leimkuhler Silke、Hirota Shun、Hu Yilin、Jasniewski Andrew、Ogata Hideaki、Ribbe Markus W.
    • 雑誌名

      Chemical Reviews

      巻: 122 ページ: 11900~11973

    • DOI

      10.1021/acs.chemrev.1c00914

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Structure of an electron-bifurcating [FeFe] hydrogenase2022

    • 著者名/発表者名
      C. Furian, N. Chongdar, P. Gupta, W. Lubitz, H. Ogata, J. N. Blaza, J. A. Birrell
    • 学会等名
      10th Asian Biological Inorganic Chemistry Conference
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Structural insight on the mechanism of an electron-bifurcating [FeFe] hydrogenase from Thermotoga maritima2022

    • 著者名/発表者名
      C. Furian, N. Chongdar, P. Grupta, W. Lubitz, H. Ogata, J. N. Blaza, J. A. Birrell
    • 学会等名
      EBEC2022, the 21st European Bioenergetics Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] New Assay System for the Enzymatic Reaction with Gaseous Substrates by Using Raman Spectroscopy2022

    • 著者名/発表者名
      K. Nishikawa, Y. Nakagawa, S. Inoue, T. Chuji, H. Ogata, S. Nakashima, Y. Shigeta, K. Fukutani, Y. Higuchi
    • 学会等名
      10th Asian Biological Inorganic Chemistry Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Raman分光法を用いたガス状分子を基質とする酵素反応の新規活性測定法2022

    • 著者名/発表者名
      西川幸志, 中川由佳, 井上翔太, 中地隆文, 中島聡, 緒方英明, 重田育照, 福谷克之, 樋口芳樹
    • 学会等名
      第16回バイオ関連化学シンポジウム
  • [学会発表] 水素酸化還元酵素の反応機構の解明2022

    • 著者名/発表者名
      緒方英明
    • 学会等名
      第42回STクラブ
    • 招待講演
  • [学会発表] タンパク質によって水素分子が分解される様子を構造解析で捉える2022

    • 著者名/発表者名
      緒方英明
    • 学会等名
      兵庫県立大学バイオダイナミクスセンターセミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] 水素センサータンパク質の異種発現と精製法2022

    • 著者名/発表者名
      田中宏幸, 緒方英明
    • 学会等名
      兵庫県立大学播磨理学キャンパス 技術・人材マッチング交流会2022

URL: 

公開日: 2023-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi