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2015 年度 実績報告書

[NiFe]ヒドロゲナーゼの酸素耐性機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 25291038
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) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワードX線結晶解析 / 酸素耐性酵素 / Ni酵素 / ヒドロゲナーゼ / 燃料電池 / 中性子結晶解析 / 反応機構 / プロトンチャネル
研究実績の概要

本研究では,酸素耐性をもつ複数の [NiFe]-ヒドロゲナーゼについてその酸素耐性の構造基盤を解明することを初期目的とする.また,これらの結果を元に酸素に阻害される金属酵素に酸素耐性機能を付与する普遍的な「しくみ」を見出し,酵素やモデル化合物の改変・設計に対して有用な情報を提供することを最終目標とした.さらに標準タイプ(酸素抵抗性をもつが耐性をもたない)酵素については,中性子結晶解析法による構造化学的研究を進展させた.下記にまとめる.
1.新規酸素耐性[NiFe]-ヒドロゲナーゼ(Hyd2)のX線構造生物学: 好熱菌(Citrobacter sp. S-77)の[NiFe]-ヒドロゲナーゼについて空気酸化型,水素還元型およびK3Fe(CN)6による強制酸化型のX線結晶構造解析を行った.構造解析の結果,本酵素のNi-Fe活性部位に一番近くに位置している近位[4Fe4S]クラスターは,水素還元型では,標準タイプ酵素のものと全く同じ構造(正六面体様構造)をもっていた.K3Fe(CN)6による強制酸化型では,これまで知られていた酸素耐性酵素(Hyd1)に見られるようにそのクラスターの構造は変化していたが,その変化の仕方は異なっていた.今後は,酸素耐性と近位[4Fe4S]クラスターの構造変化の関連についてさらに詳細に検討する.
2.標準タイプの[NiFe]-ヒドロゲナーゼの中性結晶解析用巨大単結晶の調製: 本酵素を精製後に重水置換した試料から1.5mm3の単結晶を調製した.その結晶について中性子回折実験を行ったところ,2.0 A分解能の回折データの取得に成功した.現在,構造解析および精密化を進めている.

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

27年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (29件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (14件) (うち査読あり 13件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 3件、 招待講演 6件)

  • [国際共同研究] マックスプランク研究所(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      マックスプランク研究所
  • [雑誌論文] Synthesis and Reactivity of a Water-soluble NiRu Monohydride Complex with a Tethered Pyridine Moiety2016

    • 著者名/発表者名
      T. Matsumoto, K. Yoshimoto, C. Zheng, Y. Shomura, Y. Higuchi, H. Nakai and S. Ogo
    • 雑誌名

      Chem. Lett.

      巻: 45 ページ: 197-199

    • DOI

      10.1246/cl.1510

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Improved Purification, Crystallization and Crystallographic Study of Hyd-2 Type [NiFe]-hydrogenase from Citrobacter sp. S-772016

    • 著者名/発表者名
      N. D. M. Noor, K Nishikawa, H. Nishihara, K-S. Yoon, S. Ogo and Y. Higuchi
    • 雑誌名

      Acta Crystallogr. F

      巻: 72(1) ページ: 53-58

    • DOI

      10.1107/S2053230X15024152

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Bioelectrochemical analysis of thermodynamics of the catalytic cycle and kinetics of the oxidative inactivation of oxygen-tolerant [NiFe]-hydrogenase2016

    • 著者名/発表者名
      K. So, R. Hamamoto, R. Takeuchi, Y. Kitazumi, O. Shirai, R. Endo, H. Nishihara, Y. Higuchi, K. Kano
    • 雑誌名

      J. Electroanal. Chem.

      巻: 766 ページ: 152-161

    • DOI

      10.1016/j.jelechem.2016.02.009

    • 査読あり
  • [雑誌論文] ヒドロゲナーゼによる水素分解・合成機構および酵素燃料電池への応用2016

    • 著者名/発表者名
      廣田俊,加納健司,樋口芳樹
    • 雑誌名

      BIO INDUSTRY

      巻: 33(1) ページ: 43-48

    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Domain-swapped Dimer of Pseudomonas aeruginosa Cytochrome c551: Structural Insights into Domain Swapping of Cytochrome c Family Proteins2015

    • 著者名/発表者名
      S. Nagao, M. Ueda, H. Osuka, H. Komori, H. Kamikubo, M. Kataoka, Y. Higuchi and S. Hirota
    • 雑誌名

      PLoS One

      巻: 10(4) ページ: -

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0123653

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Structural Basis for Cargo Binding and Autoinhibition of Bicaudal-D1 by a Parallel Coiled-coil with Homotypic Registry2015

    • 著者名/発表者名
      S. Terawaki, A. Yoshikan, Y. Higuchi, K. Wakamatsu
    • 雑誌名

      Biochem. Biophys. Res. Commun.

      巻: 460(2) ページ: 451-456

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2015.03.054

    • 査読あり
  • [雑誌論文] FT-IR Characterization of the Light-Induced Ni-L2 and Ni-L3 States of [NiFe] Hydrogenase from Desulfovibrio vulgaris Miyazaki F2015

    • 著者名/発表者名
      H. Tai, K. Nishikawa, S. Inoue, Y. Higuchi and S. Hirota
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B

      巻: 119 ページ: 13668-13674

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.5b03075

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystallization and Preliminary X-ray Diffraction Analysis of FAD-dependent Glucose Dehydrogenase2015

    • 著者名/発表者名
      H. Komori, K. Inaka, N. Furubayashi, M. Honda and Y. Higuchi
    • 雑誌名

      Acta Crystallogr. F

      巻: 71 ページ: 1017-1019

    • DOI

      10.1107/S2053230X15010742

    • 査読あり
  • [雑誌論文] "Newton's Cradle" Proton Relay with Amide-imidic Acid Tautomerization in Inverting Cellulase Visualized by Neutron Crystallography2015

    • 著者名/発表者名
      A. Nakamura, T. Ishida, K. Kusaka, T. Yamada, S. Fushinobu, I. Tanaka, S. Kaneko, K. Ohta, H. Tanaka, K. Inaka, Y. Higuchi, N. Niimura, M. Samejima and K. Igarashi
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: Aug; 1(7) ページ: -

    • DOI

      10.1126/sciadv.1500263

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nanoscale Charge Transport in Cytochrome c3/DNA Network: Comparative Studies between Redox-active Molecules2015

    • 著者名/発表者名
      H. Yamaguchi, D.-C. Che, Y. Hirano, M. Suzuki, Y. Higuchi, and T. Matsumoto
    • 雑誌名

      Jap. J. of App. Physics

      巻: 54 ページ: 095201(1-4)

    • DOI

      10.7567/JJAP.54.095201

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structural Insights into the O2 Reduction Mechanism of Multicopper Oxidase2015

    • 著者名/発表者名
      H. Komori and Y. Higuchi
    • 雑誌名

      J. Biochem. (Tokyo)

      巻: 158(4) ページ: 293-298

    • DOI

      10.1093/jb/mvv079

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Oligomerization Enhancement and Two Domain Swapping Mode Detection for Thermostable Cytochrome c-552 via the Elongation of the Major Hinge Loop2015

    • 著者名/発表者名
      C. Ren, S. Nagao, M. Yamanaka, H. Komori, Y. Shomura, Y. Higuchi and S. Hirota
    • 雑誌名

      Mol. Biosyst.

      巻: 11(12) ページ: 218-221

    • DOI

      10.1039/c5mb00545k

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Domain-swapped Cytochrome cb562 Dimer and Its Nanocage Encapsulating a Zn-SO4 Cluster in the Internal Cavity2015

    • 著者名/発表者名
      T. Miyamoto, M. Kuribayashi, S. Nagao, Y. Shomura, Y. Higuchi, and S. Hirota
    • 雑誌名

      Chem. Sci.

      巻: 6 ページ: 7336-7342

    • DOI

      10.1039/C5SC02428E

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Domain Swapping Oligomerization of Thermostable c-type Cytochrome in E. coli Cells2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Hayashi, M. Yamanaka, S. Nagao, H. Komori, Y. Higuchi and S. Hirota
    • 雑誌名

      Scientific Report

      巻: Feb 3;6 ページ: -

    • DOI

      10.1038/srep19334

    • 査読あり
  • [学会発表] 中性子結晶解析法を用いて酵素における水素分解の反応機構解明にせまる2016

    • 著者名/発表者名
      樋口芳樹
    • 学会等名
      茨城大学大学院理工学研究科 ミニシンポジウム
    • 発表場所
      茨城大学水戸キャンパス ライブラリーホール(茨城県水戸市)
    • 年月日
      2016-02-22
    • 招待講演
  • [学会発表] ヒドロゲナーゼの総合化学2015

    • 著者名/発表者名
      樋口芳樹
    • 学会等名
      Cat-on-Cat symposium in Himeji 2015
    • 発表場所
      姫路・西はりま地場産業センター(兵庫県姫路市)
    • 年月日
      2015-12-10
    • 招待講演
  • [学会発表] ヒドロゲナーゼがもつ鉄硫黄クラスターの構造的多様性2015

    • 著者名/発表者名
      庄村康人,Noor Dina Binti Muhd Noor,西 幸志,樋口芳樹
    • 学会等名
      第87回日本生化学会大会
    • 発表場所
      神戸ポートアイランド(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2015-12-01
  • [学会発表] Crystal structure analysis of the Fe-S protein maturation factor Cia12015

    • 著者名/発表者名
      松本卓樹,樋口芳樹,庄村康人
    • 学会等名
      第87回日本生化学会大会
    • 発表場所
      神戸ポートアイランド(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2015-12-01
  • [学会発表] ヒドロゲナーゼの修飾用電極の評価と反応活性の解析2015

    • 著者名/発表者名
      窪田慎太郎,Buithanh Tan, 山崎徹,矢澤哲夫,樋口芳樹
    • 学会等名
      第61回ポーラログラフィーおよび電気化学分析化学討論会
    • 発表場所
      イーグレ姫路(兵庫県姫路市)
    • 年月日
      2015-11-24
  • [学会発表] 水素酸化還元酵素・[NiFe]-ヒドロゲナーゼの総合的構造化学を目指して2015

    • 著者名/発表者名
      樋口芳樹
    • 学会等名
      東京大学放射光連携研究機構 10周年記念講演会
    • 発表場所
      東京大学本郷キャンパス小柴ホール(東京都文京区)
    • 年月日
      2015-11-13
    • 招待講演
  • [学会発表] EPR spectroscopic studies of highly O2-stable [NiFe]-hydrogenase from Citrobacter sp. S-772015

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Matsuura, Hulin Tai, Koji Nishikawa, Ki-Seok Yoon, Seiji Ogo, Shun Hirota, Yoshiki Higuchi
    • 学会等名
      University of Hyogo (UH)-EMTECH, Universiti Putra Malaysia (UPM) 2nd Joint Symposium
    • 発表場所
      兵庫県立先端科学技術支援センター(兵庫県上郡町)
    • 年月日
      2015-10-22 – 2015-10-23
    • 国際学会
  • [学会発表] Structural chemistry of hydrogenase by diffraction method2015

    • 著者名/発表者名
      樋口芳樹
    • 学会等名
      錯体化学討論会
    • 発表場所
      奈良女子大学(奈良県奈良市)
    • 年月日
      2015-09-21
    • 招待講演
  • [学会発表] 電子伝導性多孔質ガラス電極の作製2015

    • 著者名/発表者名
      ブイタンタン,橋野廉,嶺重温,窪田慎太郎,樋口芳樹,山崎徹,矢澤哲夫
    • 学会等名
      公益社団法人日本セラミック協会第28回秋季シンポジウム
    • 発表場所
      富山大学五福キャンパス(富山県富山市)
    • 年月日
      2015-09-16 – 2015-09-18
  • [学会発表] Preparation of the crystals of NAD+-reducing [NiFe] hydrogenase in the reduced form2015

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Nakashima, Midori Taketa, Hanae Nakagawa, Mao Habukawa, Naoki Shibata, Yasuhito Shomura, Yoshiki Higuchi
    • 学会等名
      Student exchange program between College of Natural Sciences in Dong-A University and School of Science in University of Hyogo
    • 発表場所
      兵庫県立先端科学技術支援センター(兵庫県上郡町)
    • 年月日
      2015-08-22
    • 国際学会
  • [学会発表] Control of the Transition between Ni-C and Ni-SIa States in the Catalytic Cycle of [NiFe] Hydrogenase by the Redox State of the Proximal Fe-S Cluster2015

    • 著者名/発表者名
      Hulin Tai, Koji Nishikawa, Seiya Inoue, Masayuki Suzuki, Yoshiki Higuchi and Shun Hirota
    • 学会等名
      17th International Conference on Biological Inorganic Chemistry
    • 発表場所
      北京,中国
    • 年月日
      2015-07-20 – 2015-07-24
    • 国際学会
  • [学会発表] ヒドロゲナーゼの水素活性化反応機構とプロトン移動2015

    • 著者名/発表者名
      樋口芳樹
    • 学会等名
      平成27年度前期物性研究所短期研究会 機能物性融合科学シリーズ(3)「反応と輸送」
    • 発表場所
      東京大学物性研究所(千葉県柏市)
    • 年月日
      2015-06-25
    • 招待講演
  • [学会発表] 水素を新しいエネルギー源とする新領域の構築2015

    • 著者名/発表者名
      樋口芳樹
    • 学会等名
      第16回 豊田理化学研究所フェロー研究報告会
    • 発表場所
      豊田理化学研究所オープンコミュニティ(愛知県豊田市)
    • 年月日
      2015-06-22
    • 招待講演
  • [学会発表] [NiFe]ヒドロゲナーゼの光照射で生じるNi-L状態の分光学的研究2015

    • 著者名/発表者名
      太虎林,西川幸志,井上誠也,樋口芳樹,廣田俊
    • 学会等名
      第42回生体分子科学討論会
    • 発表場所
      高崎シティーギャラリー ( 群馬県高崎市)
    • 年月日
      2015-06-12 – 2015-06-13

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公開日: 2017-01-06  

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