水素代謝に関与する膜タンパク質複合体の構造化学的研究

参与氢代谢的膜蛋白复合物的结构化学研究

基本信息

批准号：
20051022
负责人：
庄村康人
金额：
$ 1.98万
依托单位：
University of Hyogo
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：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

原核生物における水素代謝は,水素分子の酸化によるエネルギーの獲得と酸化還元電位の調節に関与しており,細胞の恒常性を維持する上で基本的且つ重要な機構として知られている.次世代型エネルギーとして期待される水素を生物工学的に効率よく利用するためには,これらの代謝経路を原子レベルで解明することが不可欠である.本研究では,主にヒドロゲナーゼと電子伝達体の複合体について,立体構造および詳細な反応機構の解明に取り組んできた.今年度の第一の成果は,チトクロームb共役型[NiFe]ヒドロゲナーゼの触媒部位の結晶構造の決定である.水素酸化細菌より単離された本酵素は,水素をエネルギー源として用いるのに必須であり,高い酸素耐性を持つという特徴がある.これまでに唯一結晶構造が報告されている硫酸還元菌由来の[NiFe]ヒドロゲナーゼは可溶性のチトクロームcを電子受容体とし,ヘテロ2量体を機能単位とするが,今回構造を決定した水素酸化細菌由来ヒドロゲナーゼはヘテロ2量体の2量体という会合状態をとっていた.また,チトクロームbとの3者複合体は溶液中ではヘテロ3量体の2量体として存在している事が明らかとなり,得られた結晶構造は溶液中での会合状態を反映していることが示唆された.この2量体化によって活性部位への気体分子の進入がより制限されている様子が明らかになり,本酵素の高い酸素耐性と熱安定性を議論する上での基盤となった.また,精製酵素のEPRスペクトルは活性中心のニッケルの酸化状態は酸化型,還元型ともに3価であり,COの結合ではスペクトルの形状が大きく変化しないことを示したが,結晶構造解析もこれと矛盾しない結果となった.その他にも,6Cys-[4Fe3S]クラスターなどこれまでに例の無い興味深い構造的特徴が見られた.

原核生物中的氢代谢涉及通过氢分子的氧化和氧化还原电位的调节来获取能量，并被认为是维持细胞稳态的基本且重要的机制。下一代为了有效地利用氢，氢有望成为一种形式对于类型能量，在生物技术中，有必要在原子水平上阐明这些代谢途径，三维结构和。我们一直致力于阐明详细的反应机制。今年的第一个成果是确定了细胞色素b结合的[NiFe]氢化酶催化位点的晶体结构。这种酶是从一种氢氧化细菌中分离出来的，氢作为能源[NiFe]氢化酶源自硫酸盐还原菌，其晶体结构目前已被报道，它使用可溶性细胞色素c作为电子受体。虽然功能单元是异二聚体，但这次确定结构的来自氢氧化细菌的氢化酶处于异二聚体二聚体的缔合状态。在溶液中，它还与细胞色素b形成三元复合物。结果表明，晶体结构以两个分子的二聚体形式存在，这表明所获得的晶体结构反映了溶液中的缔合状态。这种二聚化使得气体进入活性位点似乎受到更多限制。这变得清楚，并成为讨论该酶的高氧耐受性和热稳定性的基础。此外，纯化酶的 EPR 谱表明，活性中心镍的氧化态在氧化和还原形式下都是三价。结果表明，由于CO的成键，光谱的形状没有发生显着变化，晶体结构分析也显示出与此一致的结果。还有其他有趣且前所未有的簇，例如6Cys-[4Fe3S]簇的结构特征。观察到。