ミトコンドリア呼吸鎖複合体Iの反応機構の解明

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22570122
• 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: 構造生物化学
• 研究機関: 兵庫県立大学
• 研究代表者: 伊藤 恭子 (新澤 恭子) 兵庫県立大学, 大学院・生命理学研究科, 助教 (70206316)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• キーワード: X 線結晶解析

研究概要

ミトコンドリア呼吸鎖の最上流部に位置する最も巨大で複雑な複合体Iの反応機構を解明するには構造情報が不可欠であるため、ウシ心筋から高純度で安定な標品を精製する方法を詳細に検討した。脂質膜中で安定化される性質を生かし 2 次元及びそれらを重層させた 3 次元結晶作成をおこなった。また、ラマン分光学法を用いて活性中心であるフラビン周辺の構造情報を得てこれとバクテリア由来酵素の構造を比較により本酵素の活性酸素産生を抑える仕組みを示した。

研究成果

• [雑誌論文] Resonance Raman spectral properties of FMN of bovine heart NADH:ubiquinoneoxidoreductase suggesting a mechanism for the prevention of spontaneous production of reactive oxygen species (2013)
  • 著者名/発表者名: Hikita M, Shinzawa-Itoh K, Moriyama M, Ogura T, Kihira K, Yoshikawa S
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 52(1) ページ: 98-104
  • DOI: DOI: 10.1021/bi3011972
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reaction mechanism of mammalianmitochondrial cytochrome c oxidase (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshikawa S, Muramoto K, Shinzawa-Itoh K
  • 雑誌名: Adv Exp Med Biol 巻: 748 ページ: 215-236
  • DOI: DOI:10.1007/978-1-4614-3573-0_9. Review
  • 査読あり
• [雑誌論文] EPR detectionof two protein-associated ubiquinone components (SQ(Nf) and SQ(Ns)) in themembrane in situ and in proteoliposomes of isolated bovine heart complex I (2012)
  • 著者名/発表者名: Ohnishi T, Ohnishi ST, Shinzawa-Itoh K, Yoshikawa S, Weber RT.
  • 雑誌名: Biochim Biophys Acta 巻: 1817(10) ページ: 1803-1809
  • DOI: DOI:10.1016/j.bbabio.2012.03.032
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two tyrosylradicals stabilize high oxidation states in cytochrome Coxidase for efficient energy conservation and proton translocation (2012)
  • 著者名/発表者名: Yu MA, Egawa T, Shinzawa-Itoh K, Yoshikawa S, Guallar V, Yeh SR, Rousseau DL, Gerfen GJ
  • 雑誌名: J Am ChemSoc 巻: 134(10) ページ: 4753-4756
  • DOI: DOI: 10.1021/ja210535w
• [雑誌論文] Structural studies onbovine heart cytochrome c oxidase (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshikawa S, Muramoto K, Shinzawa-Itoh K, Mochizuki M
  • 雑誌名: Biochim Biophys Acta 巻: 1817(4) ページ: 579-589
  • DOI: DOI: 10.1016/j.bbabio.2011.12.012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Distinguishing between Cl- and O2(2-) as the bridging element between Fe3+ and Cu2+ in resting-oxidized cytochrome c oxidase (2011)
  • 著者名/発表者名: Suga M., Yano N., Muramoto K., Shinzawa-Itoh K., Maeda T., Yamashita E., Tsukihara T. and Yoshikawa S
  • 雑誌名: Acta. Crystallogr. D. Biol. Crystallogr 巻: 67 ページ: 742-744
  • DOI: DOI:10.1107/S0907444911022803
  • 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: Sakamoto K., Kamiya M., Imai M., Shinzawa-Itoh K., Uchida T., Kawano K., Yoshikawa S. and Ishimori K
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. U S A 巻: 108 ページ: 12271-12276
  • DOI: DOI:10.1073/pnas.1108320108
  • 査読あり
• [雑誌論文] Radical formation in cytochrome c oxidase (2011)
  • 著者名/発表者名: Yu MA, Egawa T., Shinzawa-Itoh K., Yoshikawa S., Yeh SR., Rousseau DL. and Gerfen GJ
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Acta 巻: 1807 ページ: 1295-1304
  • DOI: DOI:10.1016/j.bbabio.2011.06.012
  • 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: Yoshikawa S., Muramoto K. and Shinzawa-Itoh K
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Acta 巻: 1807 ページ: 1279-1286
  • DOI: DOI:10.1016/j.bbabio.2011.06.008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proton-pumping mechanism of cytochrome c oxidase (2011)
  • 著者名/発表者名: Yoshikawa S., Muramoto K. and Shinzawa-Itoh K
  • 雑誌名: Annu. Rev. Biophys 巻: 40 ページ: 205-223
  • DOI: DOI:10.1146/annurev-biophys-042910-155341
  • 査読あり
• [雑誌論文] New insights into the superoxide generation sites in bovine heart NADH-ubiquinone oxidoreductase (Complex I): the significance of protein-associated ubiquinone and the dynamic shifting of generation sites between semiflavin and semiquinone radicals (2010)
  • 著者名/発表者名: Ohnishi ST, Shinzawa-Itoh K, Ohta K, Yoshikawa S, Ohnishi T
  • 雑誌名: Biochim Biophys Acta 巻: 1767 ページ: 1901-1909
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bovine cytochrome c oxidase structures enable O2 reduction with minimization of reactive oxygens and provide a proton-pumping gate (2010)
  • 著者名/発表者名: Muramoto K, Ohta K, Shinzawa-Itoh K, Kanda K, Taniguchi M, Nabekura H, Yamashita E, Tsukihara T, Yoshikawa S
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A 巻: 170 ページ: 7740-7745
  • 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: Sakaguchi M, Shinzawa-Itoh K, Yoshikawa S, Ogura T
  • 雑誌名: J Bioenerg Biomembr 巻: 42 ページ: 241-243
  • 査読あり
• [雑誌論文] X-ray structure of the NO-bound Cu(B) in bovine cytochrome c oxidase (2010)
  • 著者名/発表者名: Ohta K, Muramoto K, Shinzawa-Itoh K, Yamashita E, Yoshikawa S, Tsukihara T
  • 雑誌名: Acta Crystallogr Sect F Struct Biol Cryst Commun 巻: 66 ページ: 251-253
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bovine heart NADH-ubiquinone oxidoreductase contains one molecule of ubiquinone with ten isoprene units as one of the cofactors (2010)
  • 著者名/発表者名: Shinzawa-Itoh K, Seiyama J, Terada H, Nakatsubo R, Naoki K, Nakashima Y, Yoshikawa S
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 49 ページ: 487-492
  • 査読あり
• [学会発表] ミトコンドリア呼吸鎖電子伝達系複合体Iに含まれる FMN の共鳴ラマンスペクトル (2013)
  • 著者名/発表者名: 引田理英、小倉尚志、伊藤・新澤恭子、吉川信也
  • 学会等名: 日本化学会 第93 春季年会
  • 発表場所: 立命館大学びわこ・くさつキャンパス(滋賀県)
  • 年月日: 2013-03-23
• [学会発表] ウシ心筋チトクロム酸化酵素の高分解能 X 線構造解析と水クラスターの役割 (2012)
  • 著者名/発表者名: 矢野直峰、村本和優、伊藤・新澤恭子、山下栄樹、月原富武、吉川信也
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会 第38回討論会
  • 発表場所: 岡山大学薬学部 大講義室(岡山県)
  • 年月日: 2012-12-24
• [学会発表] 細菌呼吸鎖 cbb3 型酸化還元酵素の精製と活性測定 (2012)
  • 著者名/発表者名: 村本和優、安藤友里子、岩本唯、伊藤・新澤恭子
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会 第38回討論会
  • 発表場所: 岡山大学薬学部 大講義室(岡山県)
  • 年月日: 2012-12-24
• [学会発表] 電子線結晶構造解析によるウシ心筋チトクロム酸化酵素・チトクロム C 複合体の立体構造解明 (2012)
  • 著者名/発表者名: 押田幸歩、、Christoph Gerle、伊藤・新澤恭子、吉川信也
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会 第38回討論会
  • 発表場所: 岡山大学薬学部 大講義室(岡山県)
  • 年月日: 2012-12-23
• [学会発表] ポンプ・プローブレーザーと同期したパルスフローシステムの開発とそれを用いたタンパク質の時間分解赤外分光解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 久保稔、望月正雄、伊藤・新澤恭子
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 名古屋大学・東山キャンパス(愛知県)
  • 年月日: 2012-09-23
• [学会発表] An Intermediate Conformation of Cytochrome Oxidase in the Ligand-Free State Identified by Time-Resolved Resonance Raman Spectroscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: 小倉尚志、石上泉、伊藤・新澤恭子、吉川信也
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 名古屋大学・東山キャンパス(愛知県)
  • 年月日: 2012-09-23
• [学会発表] 水素原子レベルでの酸化還元に伴う構造変化同定を目的としたウシ心筋チトクロム酸化酵素の X 線結晶構造解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 矢野直峰、村本和優、伊藤・新澤恭子、山下栄樹、月原富武、吉川信也
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 名古屋大学・東山キャンパス(愛知県)
  • 年月日: 2012-09-23
• [学会発表] ウシ心筋チトクロム酸化酵素反応中間体の高分解能 X 線結晶構造解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 村本和優、木登梨佳、佐々木歩惟、藤澤秀徳、伊藤・新澤恭子、山下栄樹、月原富武、吉川信也
  • 学会等名: 第12回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場(愛知県)
  • 年月日: 2012-06-21
• [学会発表] ウシ心筋チトクロム酸化酵素休止酸化型の高分解能 X 線結晶構造解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 矢野直峰、村本和優、伊藤・新澤恭子、山下栄樹、月原富武、吉川信也
  • 学会等名: 第12回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場(愛知県)
  • 年月日: 2012-06-21
• [学会発表] 氷晶防止剤の導入方法によるウシ心筋チトクロム酸化酵素結晶の分解能の向上 (2012)
  • 著者名/発表者名: 畑中美紀、藤田和也、伊藤・新澤恭子、月原富武、吉川信也
  • 学会等名: 第12回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場(愛知県)
  • 年月日: 2012-06-21
• [学会発表] 電子線結晶構造解析によるウシ心筋チトクロム酸化酵素・チトクロム C 複合体の立体構造解明 (2012)
  • 著者名/発表者名: 押田幸歩、Christoph Gerle、伊藤・新澤恭子、吉川信也
  • 学会等名: 第12回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場(愛知県)
  • 年月日: 2012-06-21
• [学会発表] ウシ心筋 NADH‐ユビキノン酸化還元酵素の 2 次元結晶化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 島田悟、明楽祐依、伊藤・新澤恭子、吉川信也
  • 学会等名: 第12回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場(愛知県)
  • 年月日: 2012-06-20
• [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: Masahide Hikita,Satoru Shimada,KyokoShinzawa-Itoh,Takashi Ogura,Shinya YoshikawaMasahide Hikita,Satoru Shimada,KyokoShinzawa-Itoh,Takashi Ogura,Shinya Yoshikawa
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 兵庫県立大学・姫路書写キャンパス(兵庫県)
  • 年月日: 2011-09-18
• [学会発表] CN-光解離に伴うチトクロム C 酸化酵素の構造ダイナミクスの共鳴ラマン分光法による追跡 (2011)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Nishiguchi,Izumi Iahigami,Satoru Nakashima, Kyoko Shinzawa-Itoh, Shinya Yoshikawa,Takashi Ogura
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 兵庫県立大学・姫路書写キャンパス(兵庫県)
  • 年月日: 2011-09-17
• [学会発表] チトクロムc酸化酵素のタンパク質構造ダイナミクスと反応機構:共鳴ラマン分光法 (2011)
  • 著者名/発表者名: Izumi Ishigami,Takeshin Nishigaki,Shatoru Nakashima,KyokoShinzawa-Itho,Shinya Yoshikawa
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 兵庫県立大学・姫路書写キャンパス(兵庫県)
  • 年月日: 2011-09-17
• [学会発表] cbb3 がたチトクロム酸化酵素の発現条件と精製 (2011)
  • 著者名/発表者名: Yuriko Ando,Hideo Shimada,Kyoko Shinzawa-Itoh,Robert Gennis,Shinya Yoshikawa,Kazumasa Muramoto
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 兵庫県立大学・姫路書写キャンパス(兵庫県)
  • 年月日: 2011-09-17
• [学会発表] リン脂質小胞に再構成したチトクロムc酸化酵素の共鳴ラマン分光法による研究 (2011)
  • 著者名/発表者名: Takashi Nomura,Sachiko Yanagisawa,Kyoko Shinzawa-Itoh,Shinya Yoshikawa,Takashi Ogura
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 兵庫県立大学・姫路書写キャンパス(兵庫県)
  • 年月日: 2011-09-17
• [学会発表] 界面活性剤によるウシ心筋チトクロム酸化酵素の結晶化条件の検討 (2011)
  • 著者名/発表者名: Miki Hatanaka,Tomonori Misaki,Takashi Sugimura,Kyoko Shinzawa-Itoh, Kazumasa Muramoto,Eiki Yamashita,Tomitake Tukihara,Shinya Yoshikawa
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 兵庫県立大学・姫路書写キャンパス(兵庫県)
  • 年月日: 2011-09-16
• [学会発表] 完全酸化型ウシ心筋チトクロム酸化酵素の吸収スペクトルへの結晶化、及び凍結防止処理の影響 (2011)
  • 著者名/発表者名: Masao Mochizuki,Ayumi Shiba,Kazumasa Muramoto,Kyoko Shinzawa-Itoh,Shinya Yoshikawa
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 兵庫県立大学・姫路書写キャンパス(兵庫県)
  • 年月日: 2011-09-16
• [学会発表] ウシ心筋チトクロム酸化酵素の R 型 O 型中間体の X 線構造解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Fujisawa,Kyoko Shinzawa‐Itoh,Tomitake Tukihara, Shinya Yoshikawa
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 兵庫県立大学・姫路書写キャンパス(兵庫県)
  • 年月日: 2011-09-16
• [学会発表] ウシ心筋チトクロム酸化酵素の P 型中間体の X 線構造解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: Rika Kito,Kyoko Shinzawa‐Itoh,Tomitake Tukihara, Shinya Yoshikawa
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 兵庫県立大学・姫路書写キャンパス(兵庫県)
  • 年月日: 2011-09-16
• [学会発表] ウシ心筋チトクロム酸化酵素の F 型中間体の X 線構造解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: Ai Sasaki,Kyoko Shinzawa‐Itoh,Tomitake Tukihara, Shinya Yoshikawa
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 兵庫県立大学・姫路書写キャンパス(兵庫県)
  • 年月日: 2011-09-16
• [学会発表] k 休止酸化型チトクロム酸化酵素の 1.4Å分解能 X 線構造解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: Naomine Yano,Kyoko Shinzawa‐Itoh,Tomitake Tukihara, Shinya Yoshikawa
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 兵庫県立大学・姫路書写キャンパス(兵庫県)
  • 年月日: 2011-09-16
• [学会発表] ウシ心筋 NADH-ユビキノン酸化還元酵素の完全性が二次元結晶の質に及ぼす影響 (2010)
  • 著者名/発表者名: Satoru Shimada, Masahide Hikita,Kyoko Shinzawa-Itoh, Christoph Gerle,Kazutoshi Tani, Yoshinori Fujiyoshi, Atuo Miyazawa, Shinya Yoshikawa
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 東北大学・川内北キャンパス(宮城県)
  • 年月日: 2010-09-22
• [学会発表] 界面活性剤がウシ心筋複合体Iの2次元結晶へ及ぼす影響 (2010)
  • 著者名/発表者名: Satoko Amano, Satoru Shimada, Masahide Hikita, Kyoko Shinzawa-Itoh, Christoph Gerle, Yoshinori Fujiyoshi, Atuo Miyazawa, Shinya Yoshikawa
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 東北大学・川内北キャンパス(宮城県)
  • 年月日: 2010-09-22
• [学会発表] ウシ心筋チトクロム酸化酵素 F 型中間体の X 線結晶構造解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: Ai Sasaki, Kazumasa Muramoto, Kyoko Shinzawa-Itoh, Tomitake Tukihara, Shinya Yoshikawa
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 東北大学・川内北キャンパス(宮城県)
  • 年月日: 2010-09-22
• [学会発表] シアン化合物結合混合原子価型ウシ心筋チトクロム酸化酵素の結晶の調製 (2010)
  • 著者名/発表者名: Masao Mochizuki, Kazumasa Muramoto, Kyoko Shinzawa-Itoh, Shinya Yoshikawa
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 東北大学・川内北キャンパス(宮城県)
  • 年月日: 2010-09-22
• [学会発表] FoF1‐ATP 合成酵素の非共鳴ラマン研究:基質結合による Fo 部位の構造変化の検出 (2010)
  • 著者名/発表者名: Kaoru Mieda, Minoru Kubo, Kyoko Shinzawa-Itoh, Takashi Ogura, Shinya Yoshikawa
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 東北大学・川内北キャンパス(宮城県)
  • 年月日: 2010-09-21
• [学会発表] ウシ心筋チトクロムc酸化酵素 O 型中間体の X 線構造解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: Shinya Yoshikawa, Kyoko Shinzawa-Itoh, Tomitake Tukihara
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 東北大学・川内北キャンパス(宮城県)
  • 年月日: 2010-09-21
• [学会発表] ウシ心筋チトクロムc酸化酵素 P 型中間体の X 線構造解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: Rika Kito, Kazumasa Muramoto, Kyoko Shinzawa-Itoh, Tomitake Tukihara, Shinya Yoshikawa
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 東北大学・川内北キャンパス(宮城県)
  • 年月日: 2010-09-21
• [学会発表] ウシ心筋チトクロム酸化酵素のヘム・銅部位における光依存的な CO と NO の結合構造 (2010)
  • 著者名/発表者名: Kazumasa Muramoto, Kazuhiro Ohta, Kyoko Shinzawa-Itoh, Tomitake Tukihara, Shinya Yoshikawa
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 東北大学・川内北キャンパス(宮城県)
  • 年月日: 2010-09-21
• [学会発表] Redox dependent structural change of cytochrome c oxidase at 1.4 Å resolution (2010)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Fujisawa, Kazumasa Muramoto, Kyoko Shinzawa-Itoh,Kazunori Maeda, Masao Mochizuki,Kazuhiro Ohta, Eiki Yamashita, Tomitake Tukihara,Shinya Yoshikawa
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 東北大学・川内北キャンパス(宮城県)
  • 年月日: 2010-09-21
• [学会発表] チトクロムc酸化酵素の CO 光解離後の構造緩和:ヘム側鎖のラマンバンドの帰属 (2010)
  • 著者名/発表者名: Izumi Ishigami, Kyoko Shinzawa-Itoh, Shinya Yoshikawa, Takashi Ogura
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 東北大学・川内北キャンパス(宮城県)
  • 年月日: 2010-09-20
• [学会発表] 共鳴ラマン分光法によるチトクロムc酸化酵素のヘム間相互作用の検出 (2010)
  • 著者名/発表者名: Miyuki Sakaguchi, Kyoko Shinzawa-Itoh, Shinya Yoshikawa, Takashi Ogura
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 東北大学・川内北キャンパス(宮城県)
  • 年月日: 2010-09-20
• [学会発表] ウシ心筋チトクロム酸化酵素の酸化還元中心への塩素イオン結合の可能性の X線構造解析による検討 (2010)
  • 著者名/発表者名: Tomitake Tukihara, Michihiro Suga, Kazumasa Muramoto, Eiki Yamashita, Kyoko Shinzawa-Itoh, Shinya Yoshikawa
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 東北大学・川内北キャンパス(宮城県)
  • 年月日: 2010-09-20
• [学会発表] 水素原子レベルでのプロトン輸送機構解明を目的としたチトクロム酸化酵素の高分解能 X 線結晶構造解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: Naomine Yano,Kyoko Shinzawa‐Itoh,Tomitake Tukihara, Shinya Yoshikawa
  • 学会等名: 日本生物物理学会
  • 発表場所: 東北大学・川内北キャンパス(宮城県)
  • 年月日: 2010-09-20
• [備考]
  • URL: http://www.sci.u-hyogo.ac.jp/life/GCOE/japanese/pico_intro/yoshikawa/index.htm