特異なクラスター活性中心をもつ酸化還元金属酵素の生物無機化学

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23000007
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 巽 和行 名古屋大学, 物質科学国際研究センター, 特任教授 (10155096)
• 研究期間 (年度): 2013 – 2015
• キーワード: クラスター / 酸化還元酵素 / ニトロゲナーゼ / ヒドロゲナーゼ / COデヒドロゲナーゼ / プロトクロコフィリド還元酵素

研究実績の概要

(1)アポ型ニトロゲナーゼを利用した半人工酵素の創出 : 窒素還元酵素MoFeニトロゲナーゼ(NifDK)の触媒活性中心に存在する[MoFe7S9C]型M-クラスターを除いたアポ体に、化学合成した鉄硫黄クラスター[Fe6S9(SEt)2]4-を加えてタンパク質(NifDKFe)を調製した。これを触媒としてATP存在下でアセチレン還元反応を検討したところ、野生型NifDKと同様の活性を示すことがわかった。
(2)非対称型Mo-Fe-Sクラスターの還元活性 : M-クラスターは非対称構造を有し、両端にはそれぞれMoとFeが存在する。この特徴的な構造が反応に与える影響を明らかにすべく、我々が合成した非対称型[Mo-Fe-S]クラスター[Cp*MoFe5S9(SH)]3-(1)の還元触媒活性を評価した。触媒(1)存在下SmI2によるCN-、CO、CO2の還元反応を検討した結果、いずれからもCH4をはじめとする炭化水素類の触媒的生成が進行した。
(3)非常にかさ高いTbtチオラートを用いた高酸化型[4Fe-4S]クラスターの合成 : すべてのFeがIII価をとるチオラート置換[4Fe-4S]クラスター[Fe4S4(STbt)4]の合成に成功した。非常に電子供与性の高いアミド基で置換された類縁クラスターは既知だが、生体内システインのモデルとなるチオラートの置換体としては初めての例である。
(4)ニトロゲナーゼに類似した暗所作動型プロトクロロフィリド還元酵素(DPOR)を鋳型とした半人工酵素の創出 : 基質結合部位に2つにシステイン残基を導入した変異型DPORを作成し、X線結晶構造解析により人工クラスターを保持できる配置と空間構造を確認した。DPORのアセンブリー過程を利用した人工クラスター導入をめざし、精製した2つのサブユニットの混合を検討したところ、目的とする複合体形成に成功した。

研究成果

• [国際共同研究] カリフォルニア大学 アーバイン校(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: カリフォルニア大学 アーバイン校
• [雑誌論文] Supramolecular Porphyrin-Based Metal-Organic Frameworks with Fullerenes : Crystal Structures and Preferential Intercalation of C70 (2016)
  • 著者名/発表者名: Ohmura, T. ; Usuki, A. ; Mukae, Y. ; Motegi, H. ; Kajiya, S. ; Yamamoto, M. ; Senda, S. ; Matsumoto, T. ; Tatsumi, K.
  • 雑誌名: Chem. Asian J. 巻: 11 ページ: 700-704
  • DOI: 10.1002/asia.201501422
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-Assembly of 4-(Diethylboryl)pyridine : Crystal Structures of the Cyclic Pentamer and Hexamer and Their Solvent-Dependent Selective Crystallization (2016)
  • 著者名/発表者名: Wakabayashi, S. ; Hori, Y. ; Komeda, S. ; Shimizu, Y. ; Ohki, Y. ; Horiuchi, M. ; Itoh, T. ; Sugihara Y. ; Tatsumi, T.
  • 雑誌名: Journal of Organic Chemistry 巻: 81 ページ: 2399-2404
  • DOI: 10.1021/acs.joc.5b02886
  • 査読あり
• [雑誌論文] N-heterocyclic carbenes as supporting ligands in transition-metal N2 complexes (2016)
  • 著者名/発表者名: Ohki, Y. ; Seino, H.
  • 雑誌名: Dalton Trans. 巻: 45 ページ: 874-880
  • DOI: 10.1039/C5DT04298D
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stoichiometry of ATP hydrolysis and chlorophyllide formation of dark-operative protochlorophyllide oxidoreductase from Rhodobacter capsulatus. (2016)
  • 著者名/発表者名: Nomata, J. ; Terauchi, K. and Fujita, Y.
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 470 ページ: 704-709
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2016.01.070
  • 査読あり
• [雑誌論文] Winners of the 2014 IUPAC-SOLVAY International Award for Young Chemists (2015)
  • 著者名/発表者名: Tatsumi, K. ; Burrows, HD.
  • 雑誌名: Pure and Applied Chemistry 巻: 87 ページ: 1-2
  • DOI: 10.1515/pac-2014-5056
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mechanism of the Cooperative Si-H Bond Activation at Ru-S Bonds (2015)
  • 著者名/発表者名: Stahl, T. ; Hrobárik, P. ; Königs, CDF. ; Ohki, Y. ; Tatsumi, K. ; Kemper, S. ; Kaupp, M. ; Klare, HFT. ; Oestreich, M.
  • 雑誌名: Chem. Sci. 巻: 6 ページ: 4324-4334
  • DOI: 10.1039/c5sc01035g
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Combining a Nitrogenase Scaffold and a Synthetic Compound into an Artificial Enzyme (2015)
  • 著者名/発表者名: Tanifuji, K. ; Lee CC. ; Ohki, Y. ; Tatsumi, K. ; Hu YL, ; Ribbe MW.
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed 巻: 54 ページ: 14022-14025
  • DOI: 10.1002/anie.201507646
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Synthesis and Protonation of N-Heterocyclic-Carbene-Supported Dinitrogen Complexes of Molybdenum(0) (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohki, Y. ; Aoyagi, K. ; Seino, H.
  • 雑誌名: Organometallics 巻: 34 ページ: 3414-3420
  • DOI: 10.1021/acs.organomet.5b00391
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transformation of the cyanobacterium Leptolyngbya boryana by electroporation. (2015)
  • 著者名/発表者名: Tsujimoto, R., Kotani, H., Nonaka, A., Miyahara, Y., Hiraide, Y. and Fujita, Y.
  • 雑誌名: Bio-Protocol 巻: 5 ページ: 1690
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of the chlE gene encoding oxygen-independent Mg-protoporphyrin IX monomethyl ester cyclase in cyanobacteria. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yamanashi, K., Minamizaki, K. and Fujita, Y.
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 463 ページ: 1328-1333
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2015.06.124
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 酸素発生型光合成を行うシアノバクテリア(藍藻)の低酸素適応機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤田祐一
  • 学会等名: 日本農芸化学会2016年度大会シンポジウム「酸素微生物学～微生物に学ぶ『酸素リモデリング』とその応用～」
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(札幌市)
  • 年月日: 2016-03-29
  • 招待講演
• [学会発表] Chemistry of Cluster Active Sites of Oxidoreductases-Drawing a Lesson from the Brilliant Functions of the Enzymes for our Future Sustainable Societies (2016)
  • 著者名/発表者名: Tatsumi, K.
  • 学会等名: International Symposium on Two-Dimensional Layered Materials and Art : Two Worlds Meet
  • 発表場所: Aix-Marseille University(マルセイユ・フランス)
  • 年月日: 2016-03-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 非窒素固定性シアノバクテリアへの窒素固定能付与の試み (2016)
  • 著者名/発表者名: 小谷弘哉・辻本良真・藤田祐一
  • 学会等名: 第57回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 岩手大学(盛岡)
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] RNA編集によるアミノ酸残基改変の暗所作動型プロトクロロフィリド還元酵素活性への影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山川壽伯・山本治樹・藤田祐一
  • 学会等名: 第57回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 岩手大学(盛岡)
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] クロロフィル生合成研究を先導する光合成細菌Rhodobacter capsulatus (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤田祐一
  • 学会等名: 第57回日本植物生理学会年会 第1回光合成細菌ワークショップ
  • 発表場所: 岩手大学(盛岡)
  • 年月日: 2016-03-18
  • 招待講演
• [学会発表] 非窒素固定性シアノバクテリアにおけるCnfR制御を利用した窒素固定遺伝子群の発現 (2016)
  • 著者名/発表者名: 辻本良真・小谷弘哉・藤田祐一
  • 学会等名: 第10回日本ゲノム微生物学会年会
  • 発表場所: 東京工業大学 大岡山キャンパス(東京目黒区)
  • 年月日: 2016-03-04
• [学会発表] Chemistry of the nitrogenase P-cluster (2016)
  • 著者名/発表者名: Tatsumi, K.
  • 学会等名: Pure and Applied Chemistry International Conference 2016
  • 発表場所: Chulalongkorn University(バンコク・タイ)
  • 年月日: 2016-02-09 – 2016-02-11
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Cluster Active Sites of Nitrogenase : Stereo-electronic Flexibility of Fe(Mo)-Sulfide Clusters (2016)
  • 著者名/発表者名: Tatsumi, K.
  • 学会等名: International Symposium on Bioinorganic Chemistry of Oxidoreductase II
  • 発表場所: 名古屋大学(名古屋市)
  • 年月日: 2016-01-29
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Nitrogenase-like reductases in bacteriochlorophyll biosynthesis : Reaction mechanism and plasticity. (2016)
  • 著者名/発表者名: Fujita, Y.
  • 学会等名: International Symposium on Bioinorganic Chemistry of Oxidoreductase II
  • 発表場所: 名古屋大学(名古屋市)
  • 年月日: 2016-01-29
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Model Studies on Acetyl CoA Synthase catalyzing CO2 fixation in organisms (2015)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto T. ; Tatsumi, K.
  • 学会等名: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015
  • 発表場所: ハワイアンコンベンションセンター他ワイキキ周辺ホテル(ハワイホノルル・アメリカ)
  • 年月日: 2015-12-15 – 2015-12-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 暗所での緑化を決定づけるニトロゲナーゼ類似酵素 (2015)
  • 著者名/発表者名: 藤田祐一
  • 学会等名: 第38回分子生物学会・第88回生化学会合同年会 ワークショップ「鉄硫黄タンパク質が織りなす多彩な機能」
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド(神戸市)
  • 年月日: 2015-12-01
  • 招待講演
• [学会発表] ヘテロシスト非形成型シアノバクテリアLeptolyngbya boryanaにおける明暗周期培養でのニトロゲナーゼ活性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小谷弘哉・藤田祐一
  • 学会等名: 藍藻の分子生物学2015
  • 発表場所: かずさアカデミアホール(木更津市)
  • 年月日: 2015-11-16
• [学会発表] Reversible Transformation between Cuboidal Fe4S4 and Dinuclear Fe2S2 Cores (2015)
  • 著者名/発表者名: Tatsumi, K.
  • 学会等名: First International Symposium of Institute for Catalysis-Global Collaboration in Catalysis Science toward Sustainable Society
  • 発表場所: 北海道大学(札幌市)
  • 年月日: 2015-10-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Reaction mechanism of nitrogenase-like protochlorophyllide reductase. (2015)
  • 著者名/発表者名: Fujita, Y.
  • 学会等名: 19th International Congress on Nitrogen Fixation
  • 発表場所: Asilomar Conference Grounds (Pacific Grove, CA, USA)
  • 年月日: 2015-10-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] N2 Activation by Bio-Inspired Metal-Sulfur Clusters (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohki, Y.
  • 学会等名: 19th International Congress on Nitrogen Fixation
  • 発表場所: Asilomar Conference Grounds (Pacific Grove, CA, USA)
  • 年月日: 2015-10-04 – 2015-10-09
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Chemistry of the Nitrogenase P-Cluster (2015)
  • 著者名/発表者名: Tatsumi, K.
  • 学会等名: 2nd Annual Symposium of the International Research Trainnig Group 2027
  • 発表場所: University of Munster (Munster, Germany)
  • 年月日: 2015-10-04 – 2015-10-06
  • 国際学会
• [学会発表] Organo-Metallic Sulfur Clusters for Nitrogen Activation (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohki, Y.
  • 学会等名: 第65回錯体化学討論会 シンポジウム
  • 発表場所: 奈良女子大学(奈良市)
  • 年月日: 2015-09-21 – 2015-09-23
  • 招待講演
• [学会発表] Chemistry of the Nitrogenase P-Cluster (2015)
  • 著者名/発表者名: Tatsumi, K.
  • 学会等名: 6th International IMBG Meeting, Chemistry & Biology of Iron-Sulfur Clusters
  • 発表場所: The Vercors Regional Park (Villard de Lans, France)
  • 年月日: 2015-09-15 – 2015-09-18
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Model Studies on Acetyl CoA Synthase (2015)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto, T.
  • 学会等名: 6th International IMBG Meeting, Chemistry & Biology of Iron-Sulfur Clusters
  • 発表場所: The Vercors Regional Park (Villard de Lans, France)
  • 年月日: 2015-09-15 – 2015-09-18
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 窒素固定化酵素の活性部位構造と機能に迫る合成化学 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大木靖弘
  • 学会等名: 第28回生物無機化学夏季セミナー
  • 発表場所: 伊東温泉山喜(伊東市)
  • 年月日: 2015-08-28 – 2015-08-30
  • 招待講演
• [学会発表] Loss of the cytM encoding cytochrome cM stimulates dark heterotrophic growth of cyanobacteria. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiraide, Y., Uesaka, K., Ihara, K., Fujita, Y.
  • 学会等名: International Symposium on Photosynthetic Prokaryotes 2015
  • 発表場所: Eberhard-Karls-Universita (Tubingen, Germany)
  • 年月日: 2015-08-05
  • 国際学会
• [図書] 第21章 窒素の固定 「光合成のエネルギー変換と物質変換」杉浦・伊藤・南後編 pp.215-219 (2015)
  • 著者名/発表者名: 藤田祐一・山本治樹
  • 総ページ数: 5
  • 出版者: 化学同人
• [図書] Chlorophylls (ver. 3. 0) In Encyclopedia of Life Sciences, (3rd edition) doi : 1002/9780470015902.a0000661.pub3 (2015)
  • 著者名/発表者名: Fujita, Y.
  • 総ページ数: 17
  • 出版者: John Wiley & Sons, Ltd : Chichester
• [学会・シンポジウム開催] International Symposium on Bioinorganic Chemistry of Oxidoreductase II (2016)
  • 発表場所: 名古屋大学野依記念物質研究館(名古屋市)
  • 年月日: 2016-01-29