ヘム酵素の高酸化状態反応中間体の配位構造とその反応制御機構

1988 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 62480460
• 研究機関: 慶応義塾大学
• 研究代表者: 牧野 龍 慶應大学, 医学部, 講師 (40101026)
• 研究分担者: 西村 善文 東京大学, 薬学部, 助手 (70107390) ; 渡部 芳人 慶應大学, 医学部, 助手 (10201245)
• キーワード: クロロペルオキシダーゼ / チトクロムP450 / 西洋ワサビペルオキシダーゼ / 共鳴ラマンスペクトル / 赤外吸収スペクトル

研究概要

本年度は特にクロロペルオキシダーゼ(CPO)の特異性に焦点をしぼりその構造と機能との関係をチトクロムP450camのそれと比較した。CPOはチトクロムP450と同様に第五配位座にシステイン残基を有するが、P450の酸素添加反応と異なりCPOの機能はペルオキシダーゼ反応である。この機能の差異を構造を共に理解するためにヘム周期アミノ酸残基と外来配位子との相互作用を共鳴ラマン及び赤外分光法で調べた。
1)一酸化炭素(CO)複合体のFe-CO及びC-O伸縮振動は共にPH依存性を示し、その遷移のPK値は4.6であった。これはヘムの第六配位座側に解離性アミノ酸残基が存在することを示している。一方、P450camではC-O伸縮振動にPH依存性はみられず、解離性アミノ酸は存在しないものと思われる。このようなPHの効果は西洋ワサビペルオキシダーゼでも検出され、解離性アミノ酸残基が反応中間体の活性化に関与していることをすでに我々は明らかにしている。それ故解離性残基の存在がペルオキシダーゼの機能の発現に必須と考えられる。
2)酸素化型CPOのO-O伸縮振動は1130cm^<-1>に検出されP450のそれと大差ない。また基質であるハロゲンイオン(KIなど)が酵素に一分子結合することが赤外分光法により確認され、P450camと同様に基質はヘム鉄に結合した配位子と相互作用していることが明らかになった。
3)両酵素の構造と機能の相関をより明確にするために、P450camのヘム周辺アミノ酸のうち唯一の解離性アミノ酸と考えられるスレオニン残基をアラニン及びバリンに置換した変異酵素を遺伝子工学的に調製した。これらの変異酵素のCO型のFe-COならびにC-O伸縮振動は野性型と大差なく、少なくともヘム鉄に結合したCO分子はへム周辺アミノ酸と相互利用していないことが確認された。今後は両酵素の酸素化型の性質の異同を詳細に調べ、ヘム酵素の高酸化状態中間体の活性制御機構の解析を行う予定である。

研究成果

• [文献書誌] Tanaka,T.,;Makino,R.,;Iizuka,T.,;Ishimura,Y.,;Kanegasaki,S.: Journal of Biological Chemistry. 263. 13670-13676 (1988)
• [文献書誌] Nakamura,Y.,;Ohtaki,S.;Makino,R.,;Tanaka,T.,;Ishimura,Y.: Journal of Biological Chemistry. 264. (1989)
• [文献書誌] Shiro,Y.,;Iizuka,T.,;Makino,R.,;Ishimura,Y.;Morishima,I.: Journal of American Chemical Society.
• [文献書誌] Makino,R.,;Uno,T.,;Nishimura,Y.,;Iizuka,T.,;Tuboi,M.,;Ishimura,Y.: "The role of oxygen in chemistry and biochemistry (Coodination structures and reactivities of compound II in iron and manganese horseradish peroxidase)" Elsevier, 477-482 (1988)
• [文献書誌] Ishimura,Y.;Makino,R.,;Tanaka,T.,;Iizuka,T.,;Kanegasaki,S.: "Oxidasses and related redox systems(NADPA oxidase in human and porcine neutrophils:Stoichiometry between O_2 consumption and O_2-formation)" Alan R. Liss Inc., 179-190 (1988)
• [文献書誌] Nakamura,Y.,;Ohtaki,S.;Makino,R.,;Tanaka,T.,;Ishimura,Y.: "Thyroid 88 (Calcium dependent NADPH-oxidase in thyroid plasma membrane fraction produces superxide anion as detected by diacetyldeuteroheme-substituted horseradish perxidase" Excerpta Medica,623-626 (1988)