タンパク質の「揺らぎ」と機能発現における水分子の役割

水分子在蛋白质波动和功能表达中的作用

• 批准号: 18031018
• 负责人: 村田 幸作
• 金额: $ 3.46万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18031018/
• 关键词: 枯草菌; X線結晶構造解析; 植物細胞壁; 侵入・感染機構; 不飽和ガラクツロニルヒドロラーゼ; ラムノガラクツロナン; 水和; ビニルエーテル結合; 連鎖球菌; 細胞外マトリックス; グリコサミノグリカン; ヒアルロン酸リアーゼ; 不飽和グルクロニルヒドロラーゼ; 水和反応; 反応機構

細菌における植物細胞壁分解機構に関する研究は、植物細胞壁多糖に対する細菌の分子応答機構を明らかにし、未利用バイオマスの有効利用や植物の細菌感染症予防に繋がることが期待される。本研究では、植物細胞壁ペクチンの構成成分であるラムノガラクツロナン(RG)の分解に関わる枯草菌由来酵素[不飽和ガラクツロニルヒドロラーゼ(YteR)]に焦点を当て、その構造と機能を解析した。YteRはα6/α6-バレル構造を基本骨格とし、そのバレルの中心には大きなポケットが存在する。本酵素の構造と機能との相関を明らかにするため、YteR不活性変異体(D143N)を作製し、その基質(ΔGalA-Rha)との複合体の高次構造をX線結晶構造解析により決定した。基質は、バレル中心に位置するポケット部位に結合していた。複合体の構造解析と部位特的変異体を用いた速度論的解析により、YteRの反応機構を提唱した。Asp143が、一般酸触媒としてΔGalAの二重結合(C4=C5)のC4炭素に水素を供与する。次に、Asp143が、一般塩基触媒として水分子から水素を受け取る。脱プロトン化した水分子は、ΔGalAのC5炭素を求核攻撃する。従って、反応は、グリコシド結合ではなく、二重結合(ビニルーエーテル基)を水和することにより開始される。この水和により、ヘミケタールが生成される。ヘミケタールは不安定であり、直ちにヘミアセタールとなる。ヘミアセタールは、アルデヒドとの平衡によりグリコシド結合が切断され、アルデヒド(ΔGalA)と遊離の糖となる。以上のことから、YteRは既に明らかにした不飽和グルクロニルヒドロラーゼと同一の反応機構を示すことが明らかになった。これは、不飽和糖質に作用する酵素に共通する反応機構と考えられる。

对细菌体内植物细胞壁分解机制的研究，有望揭示细菌对植物细胞壁多糖的分子反应机制，从而有效利用未利用的生物质，预防植物细菌感染。在本研究中，我们重点研究了一种源自枯草芽孢杆菌的酶[不饱和半乳糖醛酸水解酶（YteR）]，该酶参与植物细胞壁果胶成分鼠李糖半乳糖醛酸（RG）的分解，并分析了其结构和功能。 YteR以α6/α6-枪管结构为基本骨架，枪管中央有一个大口袋。为了阐明该酶的结构和功能之间的关系，我们创建了一个失活的YteR突变体（D143N），并通过X射线晶体学测定了其底物（ΔGalA-Rha）复合物的高阶结构。底物被结合到位于筒中心的口袋位点。通过复合物的结构分析和使用位点特异性突变体的动力学分析提出了 YteR 的反应机制。 Asp143 作为通用酸催化剂向 ΔGalA 双键 (C4=C5) 的 C4 碳提供氢。然后，Asp143 接受水分子中的氢作为通用碱催化剂。去质子化的水分子亲核攻击 ΔGalA 的 C5 碳。因此，反应是通过水合双键（乙烯基醚基团）而不是糖苷键来引发的。这种水合作用产生半缩酮。半缩酮不稳定并容易转化为半缩醛。由于与醛的平衡，半缩醛的糖苷键被裂解，产生醛（ΔGalA）和游离糖。由上可知，YteR表现出与之前阐明的不饱和葡萄糖醛酸水解酶相同的反应机制。这被认为是作用于不饱和碳水化合物的酶所共有的反应机制。

项目成果

Superchannel of Bacteria: Biological Significance and New Horizons

• DOI: 10.1271/bbb.70635
• 发表时间: 2008-02
• 期刊: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry
• 作者: K. Murata;S. Kawai;B. Mikami;W. Hashimoto

Structure of unsaturated rhamnogalacturonyl hydrolase complexed with substrate

与底物复合的不饱和鼠李糖半乳糖醛酸水解酶的结构

• 发表时间: 2006
• 期刊: Biochemical and Biophysical Research Communications 347
• 作者: Yukie;Maruyama;Bunzo;Mikami;Wataru;Hashimoto;Kousaku;Murata;Zhongli Cui;Akihito Ochiai;Akihito Ochiai;Yukie Maruyama;橋本 渉;Magdy Mahfouz;Anita Chaudhari;Yukie Maruyama;Takafumi Itoh
• 通讯作者: Takafumi Itoh

微生物による海洋資源アルギン酸のバイオエネルギーへの変換

微生物将海洋资源海藻酸转化为生物能源

• 发表时间: 2008
• 作者: Takafumi;Itoh;Bunzo;Mikami;Wataru;Hashimoto;Kousaku;Murata;落合秋人;橋本 渉;伊藤貴文;丸山如江;村田幸作
• 通讯作者: 村田幸作

Function and structure of NAD kinase: the key enzyme for biosynthesis of NADP(H)

NAD激酶的功能和结构：NADP(H)生物合成的关键酶

• 发表时间: 2007
• 期刊: 蛋白質 核酸 酵素 52
• 作者: 飯村哲史;梅嵜太郎;坂本恵子;岡崎伸生;竹内誠;水口峰之;小笠原京子;野田康夫;瀬川新一;油谷克英.;Takafumi Itoh;Kousaku Murata;Yukie Maruyama;Zhongli Cui;Akihito Ochiai;Akihito Ochiai;Yukie Maruyama;Wataru Hashimoto;橋本 渉;Chikako Fukuda;河井重幸
• 通讯作者: 河井重幸

細菌器官の分子移植と環境浄化

细菌器官分子移植与环境净化

• 发表时间: 2007
• 期刊: 化学と生物 45
• 作者: Yuji;Aso;Kousaku;Murata;Takafumi Itoh;Kousaku Murata;橋本 渉
• 通讯作者: 橋本 渉