中性子結晶解析法によるヒドロゲナーゼの反応機構およびプロトン経路の解明

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 24657077
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 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: 樋口 芳樹 兵庫県立大学, 生命理学研究科, 教授 (90183574)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: ヒドロゲナーゼ / X線結晶解析 / 反応機構 / Ni酵素 / 燃料電池

研究概要

本研究では，[NiFe]-ヒドロゲナーゼのNi-Fe活性部位における水素活性化の反応機構を中性子結晶解析法により解明するために，良質の巨大単結晶の調製を目指した．
重水溶液中での[NiFe]-ヒドロゲナーゼの結晶化においては，沈殿剤として2-methyl-2,4-pentanediol(MPD)を用いるが，これが酸化されると4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone(HMPO)が生成されヒドロゲナーゼの結晶性を著しく劣化させることをつきとめた．また，巨大単結晶にダメージを与えることなく，凍結させる条件を見出した．その結果，11mm3の大きさの良質の単結晶の調製に成功した．

研究成果

• [雑誌論文] Studies on Hydrogenase (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Yagi and Y. Higuchi
  • 雑誌名: Proc. Jpn. Acad. 巻: Ser. B 89 ページ: 16-33
  • DOI: 10.2183/pjab.89.16
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural aspects of [NiFe]-hydrogenases (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Shomura, Y. Higuchi
  • 雑誌名: Reviews in Inorganic Chemistry 巻: 33 ページ: 173-192
  • DOI: 10.1515/revic-2013-0005
  • 査読あり
• [雑誌論文] 膜結合型ヒドロゲナーゼの酸素耐性機構の解明 (2013)
  • 著者名/発表者名: 庄村康人,樋口芳樹
  • 雑誌名: 生物物理 巻: 53-2 ページ: 82-85
• [雑誌論文] Structural Basis for the Reaction Mechanism of S-carbamoylation of HypE by HypF in the Maturation of [NiFe]-hydrogenases (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Shomura, Y. Higuchi
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 287
  • DOI: 10.1074/jbc.M112.387134
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal Structure Analysis of the Translation Factor RF3 (release factor 3) (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Kihira, Y. Shimizu, Y. Shomura, N. Shibata, M. Kitamura, A. Nakagawa, T. Ueda, K. Ochi, Y. Higuchi
  • 雑誌名: FEBS Letters 巻: 586 ページ: 3705- 3709
  • DOI: 10.1016/j.febslet.2012.08.029
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photosensitivity of the Ni-A State of [NiFe] Hydrogenase from Desulfovibrio vulgaris Miyazaki F with Visible Light, Biochem (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Osuka, Y. Shomura, H. Komori, N. Shibata, S. Nagao, Y. Higuchi, S. Hirota
  • 雑誌名: Byophys. Res. Commun. 巻: 430 ページ: 284-288
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2012.10.136
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structure of O_2-tolerant [NiFe] hydrogenase reveals the mechanism of O_2-tolerance attributable to a redox-dependent conformational change of [4Fe-3S] cluster (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Shomura and Y. Higuchi
  • 雑誌名: SPring-8 Research Frontier 巻: 2011 ページ: 5-6
  • URL: http://www.spring8.or.jp/ja/news_publications/publications/research_frontiers/html/rf11
• [雑誌論文] [4Fe-3S]クラスターによる[NiFe]ヒドロゲナーゼの酸素耐性機構の構造基盤 (2012)
  • 著者名/発表者名: 樋口芳樹,庄村康人
  • 雑誌名: SPring-8利用者情報誌 巻: Vol.17 No.2 ページ: 105-110
  • URL: http://user.spring8.or.jp/sp8info/
• [雑誌論文] 酸素耐性ヒドロゲナーゼの構造化学的研究-酵素分子に見出された活性保護機構- (2012)
  • 著者名/発表者名: 庄村康人,樋口芳樹
  • 雑誌名: 燃料電池 巻: VOL.11 No.4 ページ: 67-72
• [雑誌論文] ヒドロゲナーゼの新規酸素耐性機構-膜結合型[NiFe]ヒドロゲナーゼ (2012)
  • 著者名/発表者名: 庄村康人,樋口芳樹
  • 雑誌名: 化学 巻: Vol. 67 ページ: 70-71
• [学会発表] Purification and Crystallization of NAD+-reducing [NiFe]-hydrogenase (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Nakagawa, M. Taketa, M. Habukawa, K. Kihira, N. Shibata, H. Nishihara, K.-S. Yoon, S. Ogo, Ma. Ishii, Y. Igarashi, Y. Shomura and Y. Higuchi
  • 学会等名: 第1回ピコバイロジー研究所国際シンポジウム
  • 発表場所: 兵庫
  • 年月日: 20140107-08
• [学会発表] Crystallization of [NiFe]-hydrogenase maturation protein complex HypA-HypB (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Okawa, Y. Higuchi, and Y. Shomura
  • 学会等名: 第1回ピコバイロジー研究所国際シンポジウム
  • 発表場所: 兵庫
  • 年月日: 20140107-08
• [学会発表] NAD^+還元型ヒドロゲナーゼの結晶学的研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中川英恵,竹田翠,土生川真央,木平清人,柴田直樹,樋口芳樹
  • 学会等名: 平成25年度日本結晶学会年会
  • 発表場所: 熊本
  • 年月日: 20131012-13
• [学会発表] [NiFe]-ヒドロゲナーゼ成熟化タンパク質HypAの結晶化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 大川雄嗣,樋口芳樹,庄村康人
  • 学会等名: 平成25年度日本結晶学会
  • 発表場所: 熊本
  • 年月日: 20131012-13
• [学会発表] X-ray Structural Study of O_2-tolerant [NiFe] hydrogenase (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Higuchi, K.-S. Yoon, H. Nishihara and Y. Shomura
  • 学会等名: International Conference on Bio/Mimetic Solar Energy Conversion (iSEC) 2013
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2013-11-23
• [学会発表] 水素分解酵素の成熟化機構の解明 (2013)
  • 著者名/発表者名: 大川雄嗣,樋口芳樹,庄村康人
  • 学会等名: 兵庫県立大学シンポジウム
  • 年月日: 2013-09-24
• [学会発表] 水素-化学エネルギー変換・ヒドロゲナーゼの構造化学 (2013)
  • 著者名/発表者名: 神戸中川英恵,竹田翠,庄村康人,樋口芳樹
  • 学会等名: 兵庫県立大学シンポジウム
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2013-09-24
• [学会発表] Reaction Mechanism of S-Carbamoylation of HypE by HypF in the Maturation of [NiFe]-hydrogenase (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Higuchi and Y. Shomura
  • 学会等名: 10th International Hydrogenase Conference・Szeged
  • 発表場所: ハンガリー
  • 年月日: 2013-07-09
• [学会発表] H. thermoluteolus TH-1由来NAD^+還元ヒドロゲナーゼの分光学研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 太虎林,竹田翠,庄村康人,西川幸志,鈴木雅之,樋口芳樹,廣田俊
  • 学会等名: 日本化学会第94春季年会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2013-03-29
• [学会発表] Catalytic cycle of cytochrome-c3 hydrogenase, a [NiFe]-hydrogenase (2012)
  • 著者名/発表者名: 八木達彦,樋口芳樹
  • 学会等名: 第85回日本生化学会大会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2012-12-14
• [学会発表] Structural Study of O_2-Tolerant [NiFe] Hydrogenase (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Higuchi
  • 学会等名: The 2nd International Conference on MEXT Project of Integrated Research on Chemical Synthesis
  • 発表場所: 愛知
  • 年月日: 2012-12-11
• [学会発表] [NiFe]ヒドロゲナーゼの酸素耐性機構の解明-放射光X線利用による精密構造化学- (2012)
  • 著者名/発表者名: 樋口芳樹
  • 学会等名: 日本農芸化学会関西支部第477回講演会
  • 発表場所: 兵庫
  • 年月日: 2012-12-01
• [学会発表] [NiFe]ヒドロゲナーゼ成熟化因子HypE,HypFのX線結晶構造解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 庄村康人,尹基石,西原宏史,樋口芳樹
  • 学会等名: 第49回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 愛知
  • 年月日: 2012-09-24
• [学会発表] 酸素耐性[NiFe]ヒドロゲナーゼの結晶構造解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 庄村康人,尹基石,西原宏史,樋口芳樹
  • 学会等名: 酸素耐性[NiFe]ヒドロゲナーゼの結晶構造解析
  • 発表場所: 愛知
  • 年月日: 2012-06-22
• [図書] CSJカレントレビュー15,次世代のバイオ水素エネルギー開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 庄村康人,樋口芳樹
  • 総ページ数: 174(80-85)
  • 出版者: 化学同人
• [図書] 光合成のエネルギー利用と環境応用(三宅淳,佐々健監修) (2014)
  • 著者名/発表者名: 樋口芳樹,ヒドロゲナーゼ
  • 総ページ数: 33-42
  • 出版者: CMC出版