気体分子センサータンパク質の構造機能解析とそのバイオ素子への応用

气体分子传感器蛋白的结构和功能分析及其在生物器件中的应用

• 批准号: 14655304
• 负责人: 青野 重利
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: Okazaki National Research Institutes
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14655304/
• 关键词: センサータンパク質; 一酸化炭素センサータンパク質; ヘムタンパク質; 酸素センサータンパク質; センサータンパク質; 一酸化炭素センサータンパク質; ヘムタンパク質; 酸素センサータンパク質

本研究では、気体分子センサータンパク質のなかでも特に、一酸化炭素センサータンパク質CooA、および酸素センサータンパク質HemATを研究対象とし、これらの気体分子センサータンパク質の構造と機能の解明、および、それらを利用したバイオ素子開発を目的として研究を行った。HemATによる酸素センシングにおいては、5配位構造の還元型ヘムの空配位座に酸素分子が結合することにより、酸素がセンシングされることを明らかにした。ヘムに配位した酸素分子には、遠位側ヘムポケットに存在するアミノ酸残基が水素結合していると考えられる。部位特異的変異導入法により調製した各種変異型HemATの性質を検討した結果、Tyr70およびThr95の二つのアミノ酸残基がヘム鉄に配位した酸素との間で水素結合を形成しているものと考えられる。Tyr70あるいはThr95のいずれかに変異を導入した変異体では、野生型と比べて酸素親和性、自動酸化反応速度などに違いが観測された。CooAによるCOセンシングにおいては、配位飽和な6配位構造を有している還元型ヘムの軸配位子となっているPro2とCOとの間で軸配位子交換反応が進行し、その結果誘起される分子構造変化が、CooAの機能発現のキーステップとなっていることが分かった。このように、同じヘムを活性中心としているにもかかわらず、HemATとCooAでは気体分子センシングの分子機構が大きく異なっていることが分かった。

在这项研究中，特别研究了一氧化碳传感器蛋白COOA和氧气传感器蛋白HEMAT，其目的是阐明这些气体分子传感器蛋白的结构和功能，并使用它们开发生物元素。在使用HEMAT的氧气传感中，可以发现通过氧分子与五齿态结构中血红素的空血红素的空协调位点结合来感测氧。据信，远端血红素袋中存在的氨基酸残基被氢键键合，与配位与血红素的氧分子键合。由于检查了通过位置定向诱变制备的各种突变系统的性质，因此据信，Tyr70和Thr95的两个氨基酸残基形成了用血红素铁协调的氧气之间的氢键。与野生型相比，在将突变引入Tyr70或Thr95中的突变体中观察到氧亲和力和自氧化反应率的差异。在使用COOA传感的CO中，轴向配体交换反应在Pro2之间进行，这是Pro2的轴向配体，这是血红素还原的轴向配体，该配体具有坐标饱和的六边形结构，并且CO，并且所产生的分子结构变化是表达COOA的关键步骤。因此，尽管血红素是活跃的，但发现气体分子传感的分子机制在Hemat和COOA之间差异很大。