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脱窒菌などは、酸素を使わず無機塩を利用する嫌気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_20)に還元する膜タンパク質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。平成22年度は、既に明らかにしたNORの構造に基づいて、分子動力学計算などの理論的な解析を行い、プロトンの供給経路の解明を目指した。その結果、結晶構造で見られた膜の内部から活性部位へつながるチャネルを通して、プロトンが移動可能であることを明らかとした。この結果は、これまで膜の外側からプロトンが供給されると示されていた生化学的な結果と一致しないため、NORの種類によってプロトン供給経路の多様性が見られる可能性を示すものである。さらに短寿命な気体分子NOR複合体が安定に存在すると期待される変異体K597Aを調製した。今後、この変異体の結晶化に取り組む。さらにこの変異体結晶と既に開発しているクライオガスサイターを用いて、気体分子とNORとの複合体の調整を進める。
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