2002 Fiscal Year Annual Research Report
酵素の持つNi-Feヘテロ2核金属錯体における水素活性化機構の解明
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14380317
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| Research Institution | Himeji Institute of Technology |
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Principal Investigator |
樋口 芳樹 姫路工業大学, 大学院・理学研究科, 教授 (90183574)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
柴田 直樹 姫路工業大学, 大学院・理学研究科, 助手 (30295753)
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| Keywords | [NiFe]ヒドロゲナーゼ / 超高分解能X線構造解析 / 硫酸還元菌 / CO結合型ヒドロゲナーゼ / 準動的X線結晶解析法 / クリーンエネルギー / 燃料電池 / 金属タンパク質 |
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| Research Abstract |
生物が持つ水素の代謝能力の本質はヒドロゲナーゼという金属タンパク質である。ヒドロゲナーゼは水素の酸化(分解)・還元(合成)を触媒する機能を持つ。従って本酵素の工業的利用の可能性を探る研究は新規燃料電池の開発や石油に変わる未来のクリーンエネルギー生成の道を拓くことにつながると期待できる。活性部位にNiおよびFeを持つ[NiFe]ヒドロゲナーゼはこれまでに多くの菌株について分光学的および結晶学的な構造化学的研究がなされ、金属活性部位周辺で起こる触媒反応についていろいろな奇妙な現象が報告されている。本研究では、Desulfovibrio vulgaris Miyazaki株由来の酵素について酸化型・還元型の構造化学を進めてきている。本試料はひとつの酵素では最も詳しく構造化学的研究が進められているものである。本酵素の還元型酵素の活性部位には基質である水素の競争阻害剤のCO分子が結合する.CO分子はFe原子ではなくNi原子に結合して水素の活性化を抑制することがこれまでの研究で分っている.本課題では[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分子機構(水素の吸着・分解・プロトンの遊離)を準動的・超高分解能X線結晶解析法により構造化学的に解明することを最終目標としている.今年度は酵素結晶の活性部位に阻害剤・CO分子を導入し,水素活性化の触媒反応を停止させた後,光照射によりCO配位結合構造に変化を与えた。その結果、徐々に触媒反応を開始させることにより活性部位に起こる構造の変化を捉えることに成功した。現在構造の精密化を進めている。また、本研究では1.2□という超高分解能構造解析に成功した。これにより活性部位はこれまでの1.8□分解能の電子密度を基に考えられてきたものより遥に複雑であることが明らかになりつつある。
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[Publications] H.Ogata, Y.Mizoguchi, N.Mizuno, K.Miki, S.Adachi, N.Yasuoka, T.Yagi, O.Yamauchi, S.Hirota, Y.Higuchi: "Structural Studies of the Carbon Monoxide Complex of [NiFe] hydrogenase from Desulfovibrio vulgaris Miyazaki F : Suggestion for the Initial Activation Site for Dihydrogen"J.Am.Chem.Soc.. 124. 11628-11635 (2002)
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[Publications] M.Fujihashi, D.H.Peapus, E.Nakajima, T.Yamada, J.Saito, A.Kita, Y.Higuchi, A.Ando, N.Kamiya, Y.Nagata, K.Miki: "X-ray crystallographic characterization and phasing of a fucose specific lectin from Aleuria aurantia"Acta Crystallogr.. D59. 373-380 (2003)
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[Publications] S.Foerster, M.Stein, M.Brecht, H.Ogata, Y.Higuchi, W.Lubitz: "Single Crystal EPR Studies of the Reduced Active Site of [NiFe] Hydrogenase from Desulfovibrio vulgaris Miyazaki F"J.Am.Chem.Soc. 125. 83-93 (2003)
