共鳴ラマン分光法によるチトクロムC酸化酵素のプロトン輸送機構の解明

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21570171
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物物理学
• 研究機関: 兵庫県立大学
• 研究代表者: 小倉 尚志 兵庫県立大学, 大学院・生命理学研究科, 教授 (70183770)
• 研究協力者: 柳澤 幸子 兵庫県立大学, 大学院・生命理学研究科, 助教 (60557982) ; 中島 聡 兵庫県立大学, 大学院・生命理学研究科, 特任准教授 (80263234) ; 久保 稔 兵庫県立大学, 大学院・生命理学研究科, 特任助教 (90392878)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• キーワード: 好気呼吸 / 生体エネルギー変換 / チトクロムC酸化酵素 / 酸素還元 / プロトンポンプ / 共鳴ラマン / 部位特異的アミノ酸置換

研究概要

細胞呼吸を担っていて生命の維持に不可欠の膜タンパク質の一つにチトクロムC酸化酵素がある。本酵素は酸素分子を水に変換するとともにプロトン(水素イオン)を膜の内側から外側へポンプする。本酵素のしくみを明らかにするためには共鳴ラマン分光法によりピコメートルレベルの微細構造を決定する必要がある。本研究ではプロトンのポンプを効率良く行うために必要な寿命の短い中間構造と2つのヘムの協同的構造変化を検出した。さらに、プロトンポンプに関わるいくつかのヘム側鎖のラマン信号の帰属決定を行った。

研究成果

• [雑誌論文] An intermediate conformational state during ligand binding to cytochrome c oxidase detected by time-resolved resonance Raman analyses of heme peripheral groups (2012)
  • 著者名/発表者名: Izumi Ishigami, Takeshi Nishigaki, Kyoko Shinzawa-Itoh, Shinya Yoshikawa, Satoru Nakashima and Takashi Ogura
  • 雑誌名: Chem. Lett. 巻: 2 ページ: 178-180
  • DOI: DOI:10.1246/cl.2012.178.
• [雑誌論文] T-quaternary structure of oxy human adult hemoglobin in the presence of two allosteric effectors, L35 and IHP (2011)
  • 著者名/発表者名: Kenji Kanaori, Yusuke Tajiri, Antonio Tsuneshige, Izumi Ishigami, Takashi Ogura, Kunihiko Tajima, Saburo Neya and Takashi Yonetani
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Acta-Bioenergetics 巻: 1807 ページ: 1253-1261
  • DOI: DOI:10.1016/j.bbabio.2011.06.004.
• [雑誌論文] Post-translational His-Cys Cross Linkage Formation in Tyrosinase Induced by Copper(II)-Peroxo Species (2011)
  • 著者名/発表者名: Nobutaka Fujieda, Takuya Ikeda, Michiaki Murata, Sachiko Yanagisawa, Shigetoshi Aono, Kei Okubo, Satoshi Nagao, Takashi Ogura, Shun Hirota, Shunichi Fukuzumi, Yukihiro Nakamura, Yoji Hata, and Shinobu Itoh
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 133 ページ: 1180-1183
  • DOI: doi:10.1021/ja108280w.
• [雑誌論文] Resonance Raman study on the oxygenated and the ferryl-oxo species of indoleamine 2, 3-dioxygenase during catalytic turnover (2011)
  • 著者名/発表者名: Sachiko Yanagisawa, Masaki Horitani, Hiroshi Sugimoto, Yoshitsugu Shiro, Norihiro Okada, and Takashi Ogura
  • 雑誌名: Faraday Disc 巻: 148 ページ: 239-247
  • DOI: DOI:10.1039/c004552g.
• [学会発表] チトクロムc酸化酵素におけるヘムa側鎖ヒドロキシファルネシルエチル基の共鳴ラマン線の帰属 (2012)
  • 著者名/発表者名: 坂口美幸, その他
  • 学会等名: 日本化学会第92春季年会
  • 発表場所: 慶応大学、神奈川県
  • 年月日: 2012-03-27
• [学会発表] フェムト秒レーザーを用いた高感度時間分解赤外分光装置の開発と蛋白質水溶液への応用 (2011)
  • 著者名/発表者名: 久保稔, その他
  • 学会等名: 日本分光学会年次講演会
  • 発表場所: 理化学研究所、神奈川県
  • 年月日: 2011-12-02
• [学会発表] Protein Dy namics of and Reaction Mechanism of Cytochrome c Oxidaseas Studied with Resonance Raman Spectroscop y (2011)
  • 著者名/発表者名: Izumi Ishigami, et al.
  • 学会等名: The 3rd Asian Spectroscopy Conference
  • 発表場所: Xiamen University, China
  • 年月日: 2011-11-30
• [学会発表] Microsecond Protein Dynamics of Cytochrome c Oxidase as Studied with Resonanc e Raman Spectroscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: Takashi Ogura, et al.
  • 学会等名: The 3rd Asian Spectroscopy Conference
  • 発表場所: Xiamen University, China
  • 年月日: 2011-11-29
• [学会発表] 水溶液中のタンパク質の高感度時間分解赤外分光測定 (2011)
  • 著者名/発表者名: 久保稔, その他
  • 学会等名: 第5回分子科学討論会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター、北海道
  • 年月日: 2011-09-20
• [学会発表] ヘム鉄の電子密度がミオグロビンの自動酸化反応に与える影響の解明 (2011)
  • 著者名/発表者名: 西村龍, その他
  • 学会等名: 錯体化学会第61回討論会
  • 発表場所: 岡山理科大学、岡山県
  • 年月日: 2011-09-18
• [学会発表] Resonance Raman Study on Cytochrome c Oxida se Reconstituted in Phospholipid Vesicles (2011)
  • 著者名/発表者名: Takashi Nomura, et al.
  • 学会等名: 第49回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 兵庫県立大学、兵庫県
  • 年月日: 2011-09-17
• [学会発表] Protein Dy namics and Reaction Mechanism of Cytochrome c Oxidase : Resonance R aman Spectroscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: Izumi Ishigami, et al.
  • 学会等名: 第49回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 兵庫県立大学、兵庫県
  • 年月日: 2011-09-17
• [学会発表] Resonance R aman Study on Ligand-Bound Forms of Indoleamine 2, 3-Dioxygenase (2011)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Hara, et al.
  • 学会等名: 第49回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 兵庫県立大学、兵庫県
  • 年月日: 2011-09-17
• [学会発表] Resona nce Raman Study on CO-bound Indol eamine 2, 3-Dioxygenase with Tryp tophan (2011)
  • 著者名/発表者名: Sachiko Yanagisawa, et al.
  • 学会等名: 第49回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 兵庫県立大学、兵庫県
  • 年月日: 2011-09-17
• [学会発表] The chem ical nature of the ligand at the oxygen reduction site of the rest ing oxidized cytochrome c oxidase (2011)
  • 著者名/発表者名: Miyuki Sakaguchi, et al.
  • 学会等名: 第49回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 兵庫県立大学、兵庫県
  • 年月日: 2011-09-17
• [学会発表] Protein Dynamics of Cytochrome c Oxidase upon CN-Photolysis as Studied w ith Resonance Raman Spectroscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Nishigaki, et al.
  • 学会等名: 第49回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 兵庫県立大学、兵庫県
  • 年月日: 2011-09-17
• [学会発表] Resonan ce Raman study on the ferryl oxo hemes with imidazole as axilal li gand having a bulky substituent (2011)
  • 著者名/発表者名: Hirohito Ishimaru, et al.
  • 学会等名: 第49回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 兵庫県立大学、兵庫県
  • 年月日: 2011-09-17
• [学会発表] Structura l analysis of FMN and iron-sulfur clusters of bovine heart NADH-ub iquinone oxidoreductase by resona nce Raman spectroscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: Masahide Hikita, et al.
  • 学会等名: 第49回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 兵庫県立大学、兵庫県
  • 年月日: 2011-09-17
• [学会発表] 共鳴ラマン分光法によるウシ心筋NADH-ユビキノン酸化還元酵素のFMNとFe-Sクラスターの構造解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 引田理英, その他
  • 学会等名: 第38回生体分子科学討論会
  • 発表場所: 筑波大学、茨城県
  • 年月日: 2011-06-24
• [学会発表] 共鳴ラマン分光法によるインドールアミン2, 3ジオキシゲナーゼの光学異性依存的基質相互作用の検出 (2011)
  • 著者名/発表者名: 柳澤幸子, その他
  • 学会等名: 第38回生体分子科学討論会
  • 発表場所: 筑波大学、茨城県
  • 年月日: 2011-06-24
• [学会発表] チトクロム酸化酵素のリガンド解離構造ダイナミクス:新規高精度時間分解赤外分光装置を用いた追跡 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中島聡, その他
  • 学会等名: 第38回生体分子科学討論会
  • 発表場所: 筑波大学、茨城県
  • 年月日: 2011-06-24
• [学会発表] CO光解離をトリガーとしたチトクロムc酸化酵素の構造ダイナミクスの追跡 (2011)
  • 著者名/発表者名: 石上泉, その他
  • 学会等名: 第38回生体分子科学討論会
  • 発表場所: 筑波大学、茨城県
  • 年月日: 2011-06-24
• [学会発表] ミオグロビンの機能調節機構の解明 (2011)
  • 著者名/発表者名: 西村龍, その他
  • 学会等名: 第38回生体分子科学討論会
  • 発表場所: 筑波大学、茨城県
  • 年月日: 2011-06-23
• [学会発表] Resonance Raman st udy on CO-bound indoleamine 2, 3-dioxygenase (2011)
  • 著者名/発表者名: Takashi Ogura
  • 学会等名: The 3rd Georgian Bay International Conference on Bioi norganic Chemistry
  • 発表場所: Stockey Centre, Parry Sound, Ont ario, Canada
  • 年月日: 2011-06-01
• [備考] ホームページ:(研究一覧:
  • URL: http://lib.laic.u-hyogo.ac.jp/laic/2/annual_list.html
• [備考] 市民講演会開催「ピコバイオロジー:原子レベルの生命科学」「ナノ」よりミクロな「ピコ」、「ピコバイオロジー」ってなんだろう。第49回日本生物物理学会年会実行委員会主催、平成23年9月19日、姫路商工会議所、兵庫県。
  • URL: http://www.sci.u-hyogo.ac.jp/life/GCOE/index-j.html