哺乳動物ミトコンドリア呼吸機構の原子レベルの解明

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22247012
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 構造生物化学
• 研究機関: 兵庫県立大学
• 研究代表者: 吉川 信也 兵庫県立大学, 生命理学研究科, 教授 (40068119)
• 連携研究者: 小倉 尚志 兵庫県立大学, 大学院・生命理学研究科, 教授 (70183770) ; 島田 秀夫 兵庫県立大学, 大学院・生命理学研究科, 教授 (80095611) ; 宮澤 淳夫 兵庫県立大学, 大学院・生命理学研究科, 教授 (60247252) ; 村本 和優 兵庫県立大学, 大学院・生命理学研究科, 准教授 (50305679) ; 神谷 克政 筑波大学, 大学院・数理物質系, 助教 (60436243)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• キーワード: 生体エネルギー変換 / 膜タンパク質 / 金属タンパク質 / X線結晶構造解析 / 振動分光解析

研究概要

ウシチトクロム酸化酵素(CcO)の水素原子レベルのX線構造によりプロトン(H+)ポンプ経路(H経路)の4H+受容機構、時分割赤外分光解析により O2還元中心のH経路開閉制御機構が解明された。 NADH-ユビキノン還元酵素の活性酸素生成防御機構が振動分光学的に解明され、F型 ATP 合成酵素の2次元結晶化条件はほぼ確立された。CcO 膜貫通領域の立体構造変化のチトクロム cによる誘起が両者複合体の2次元結晶化条件により示唆された。

研究成果

• [雑誌論文] Resonance Raman Spectral properties of FMN of bovine Heart NADH:ubiquinone Oxidoreductase Suggesting a Mechanism for the Prevention of spontaneous Production of reactive Oxygen Species (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Hikita, K. Shinzawa-Itoh, M. Moriyama, T. Ogura, K. Kihira, S. Yoshikawa
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 52 ページ: 98-104
• [雑誌論文] EPR detection of two protein-associated ubiquinone components (SQNf and SQNs) in the membrane in situ and in proteoliposomes of isolated bovine heart complex I (2012)
  • 著者名/発表者名: Tomoko Ohnishi, S. Tsuyoshi Ohnishi, Kyoko Shinzawa-Itoh, Shinya Yoshikawa, Ralph T. Weber
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics 巻: 1817 ページ: 1803-1809
• [雑誌論文] Two tyrosyl radicals stabilize high oxidation states in cytochrome c oxidase for efficient energy conservation and proton translocation (2012)
  • 著者名/発表者名: Michelle A. Yu, Tsuyoshi Egawa, Kyoko Shinzawa-Itoh, Shinya Yoshikawa, Victor Guallar, Syun-Ru Yeh, Denis L. Rousseau, Gary J. Gerfen
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 134 ページ: 4753-4761
  • 査読あり
• [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. Izumi Ishigami (2012)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Nishigaki, Kyoko Shinzawa-Itoh, Shinya Yoshikawa Takashi Ogura
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 41 ページ: 178-180
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reaction mechanism of Mammalian mitochondrial cytochrome C oxidase (2012)
  • 著者名/発表者名: Shinya Yoshikawa, Kazumasa Muramoto, Kyoko Shinzawa-Itoh
  • 雑誌名: Advances in experimental medicine and biology 巻: 748 ページ: 215-236
  • 査読あり
• [雑誌論文] Distinguishing between Cl^- and O_2^2- as the bridging element between Fe^3+ and Cu^2+ in resting-oxidized cytochrome c oxidase. Michihiro Suga (2011)
  • 著者名/発表者名: Michihiro Suga,Naomine Yano, Kazumasa Muramoto, Kyoko Shinzawa-Itoh, Tomoko Maeda, Eiki Yamashita, Tomitake Tsukihara, Shinya Yoshikawa
  • 雑誌名: Acta crystallographica. Section D 巻: 67 ページ: 742-744
  • 査読あり
• [雑誌論文] NMR basis for interprotein electron transfer gating between cytochrome c and cytochrome c oxidase (2011)
  • 著者名/発表者名: Koichi Sakamoto, Masakatsu Kamiya, Mizue Imai, Kyoko Shinzawa-Itoh,Takeshi Uchida, Keiichi Kawano, Shinya Yoshikawa, Koichiro Ishimori
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 巻: 108 ページ: 12271-12276
  • 査読あり
• [雑誌論文] The O_2 reduction and proton pumping gate mechanism of bovine heart cytochrome c oxidase (2011)
  • 著者名/発表者名: Shinya Yoshikawa, Kazumasa Muramoto, Kyoko Shinzawa-Itoh
  • 雑誌名: Biochimica et biophysica acta 巻: 1807 ページ: 1279-1286
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proton-pumping mechanism of cytochrome c oxidase (2011)
  • 著者名/発表者名: Shinya Yoshikawa, Kazumasa Muramoto, Kyoko Shinzawa-Itoh
  • 雑誌名: Annual Review of Biophysics 巻: 40 ページ: 205-223
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bovine cytochrome c oxidase structures enable O_2 reduction with minimization of reactive oxygens and provide a proton-pumping gate (2010)
  • 著者名/発表者名: Kazumasa Muramoto, Kazuhiro Ohta, Kyoko Shinzawa-Itoh, Katsumasa Kanda, Maki Taniguchi, Hiroyuki Nabekura, Eiki Yamashita, Tomitake Tsukihara, ShinyaYoshikawa
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 巻: 107 ページ: 7740-7745
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cell-free synthesis of cytochrome c oxidase, a multicomponent membrane protein (2010)
  • 著者名/発表者名: Yukie Katayama, Kunitoshi Shimokata, Makoto Suematsu, Takashi Ogura, Tomitake Tsukihara, Shinya Yoshikawa
  • 雑誌名: Hideo Shimada Journal of Bioenergetics and Biomembranes 巻: 42 ページ: 235-240
  • 査読あり
• [雑誌論文] A resonance Raman band assignable to the O-O stretching mode in the resting oxidized state of bovine heart cytochrome c oxidase (2010)
  • 著者名/発表者名: Miyuki Sakaguchi, Kyoko Shinzawa-Itoh, Shinya Yoshikawa
  • 雑誌名: Takashi Ogura Journal of bioenergetics and biomembranes 巻: 42 ページ: 241-243
  • 査読あり
• [雑誌論文] X-ray structure of the NO-bound CuB in bovine cytochrome c oxidase (2010)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Ohta, Kazumasa Muramoto, Kyoko Shinzawa-Itoh, Eiki Yamashita, Shinya Yoshikawa
  • 雑誌名: Tomitake Tsukihara Acta Crystallographica section F 巻: F66 ページ: 251-253
  • 査読あり
• [学会発表] Reaction mmechanism of bovine heart cytochrome c oxidase (2012)
  • 著者名/発表者名: Shinya Yoshikawa
  • 学会等名: Invited Lecture, SBMPs (Structural Biology of Membrane Proteins) 4th Annual Meeting
  • 発表場所: Maratea, Italy
  • 年月日: 20120530-0602
• [学会発表] The O_2 Reduction and Proton Pumping Mechanism Gate Mechanism of Bovine Heart Cytochrome c oxidase (2012)
  • 著者名/発表者名: Shinya Yoshikawa
  • 学会等名: Invited Lecture Workshop on Allosteric cooperativity in soluble, membrane bound hemoproteins and related membrane system
  • 発表場所: Bari Italy
  • 年月日: 20120529-0601
• [学会発表] Nanosecond time-resolved infrared basis for a bulge of the transmembrane helix between hemes a and a3 to facilitate highly efficient proton pumping by bovine heart cytochrome c oxidase (2012)
  • 著者名/発表者名: Shinya Yoshikawa, Minoru Kubo, Satoru Nakashima, Satoru Yamaguchi, Takashi Ogura, Masao Mochizuki JiYoung Kang, Masaru Tateno, Kazumasa Muramoto
  • 学会等名: Kyoko Shinzawa-Itoh Invited Lecture, European Bioenergetics Conference 2012, September 15th-20th Freiburg
  • 発表場所: Germany
  • 年月日: 20120000
• [学会発表] Structural studies on bovine heart cytochrome c oxidase (2012)
  • 著者名/発表者名: Shinya Yoshikawa, Kazumasa Muramoto, Kyoko Shinzawa-Itoh
  • 学会等名: Masao Mochizuki Biochimica et biophysica acta
  • 年月日: 20120000