| 研究概要 |
呼吸鎖電子伝達系のヘム・銅酸素還元酵素はO_2還元反応とプロトンポンプのエネルギー変換を効率的に実現する。ヘム・銅酸素還元酵素は原核生物から高等生物まで普遍的に存在し、スーパーファミリーを形成する。スーパーファミリーは数タイプのサブファミリーに分類され、aa_3とcbb_3タイプではプロトン輸送経路とエネルギー変換効率が異なり、O_2分圧の異なる環境に適応して機能する。
効率の高いエネルギー変換機構を解明することを目的として、aa_3タイプのX線構造解析を行った。O_2のアナログ分子(CO, NO CN-)がO_2還元触媒部位に結合した構造を1.8-2.05A分解能で決定し、O_2のアナログ分子の結合様式および結合に伴うタンパク質構造の変化を明らかにした。それらの結果に基づき、O_2還元反応過程においてO-O結合が速やかに開裂される機構を提唱した。細胞に有害な活性酸素種の生成を抑えながら効率よくO_2を還元して、それに伴う構造変化をエネルギー変換に利用する仕組みが示唆される。
エネルギー変換効率を決定する構造化学的要因を解明することを目的として、aa_3タイプの構造をcbb_3タイプと比較解析する。cbb_3タイプの高分解能X線結晶構造解析を行うために、cbb_3タイプの細菌における発現系を構築した。培養条件を検討した結果、cbb_3タイプの発現が確認された。さらに、cbb_3タイプの精製を試みた結果、O_2消費活性を示す粗精製標品が得られた。
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