2020 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of effective consecutive chemical reaction in cell with formation of supramolecular enzyme complex
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17H03092
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
當舎 武彦 国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学研究センター, 専任研究員 (00548993)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
新井 博之 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (70291052)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 超分子複合体 / 脱窒 / 一酸化窒素 / 金属酵素 / ヘム / 相互作用 / 酵素反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
細胞内での連続した化学反応がどのようにして効率よく行われているのか理解するために、微生物が行う硝酸から窒素分子への4段階の還元反応からなる脱窒に着目した。脱窒の中間生成物である亜硝酸や一酸化窒素（NO）は、細胞毒性が高く、それらを細胞環境に拡散させずに速やかに分解する必要がある。そのためには、それぞれの脱窒反応を触媒するタンパク質群が協調して機能しなければならない。
これまで緑膿菌の脱窒タンパク質を対象に研究を進め、NOの生成を触媒する亜硝酸還元酵素（NiR）とNOを分解するNO還元酵素（NOR）が複合体を形成することをつきとめている。そこで、他の脱窒タンパク質も複合体を形成している可能性を検討するために、緑膿菌の細胞膜を異なる界面活性剤を用いて可溶化し、ショ糖濃度密度勾配法による分離を行った。その結果、界面活性剤の種類に依存して、移動度の異なる成分が検出された。特にジギトニンを界面活性剤として用いた場合に、高分子量の成分が検出されたので、本試料をゲルろ過カラムにかけたところ、脱窒酵素が複合体を形成していると考えられる高い分子量の画分が得られた。
この高分子量の画分について、電気泳動を行うと少なくともNORが含まれていることがわかった。また、この画分に対して、金属定量を行った結果、モリブデンが含まれていることがわかった。モリブデンは、膜タンパク質である硝酸還元酵素（Nar）の活性部位に存在するので、この画分には、Narが含まれると考えられる。これらのことから、NarがNORと複合体を形成している可能性が示唆された。
このように、脱窒に関わるタンパク質のうち、NORとNiRに加えて、NaRも複合体を形成していることが示唆された。NaRは、NiRの基質である亜硝酸を硝酸から合成する酵素であり、脱窒反応を効率よく進めるために、これらの酵素が複合体を形成していると推察できる。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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