膜結合型一酸化窒素還元酵素の気体分子複合体の振動分光学的解析

膜结合一氧化氮还原酶气体分子复合物的振动光谱分析

• 批准号: 20051026
• 负责人: 永野 真吾
• 金额: $ 3.97万
• 依托单位: Tottori University (2009)The Institute of Physical and Chemical Research (2008)
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20051026/
• 关键词: 呼吸酵素; 振動分光; 分子進化; ヘム; 反応中間体; 呼吸; 呼吸酵素; 振動分光; 分子進化; ヘム; 反応中間体; 呼吸

脱窒菌などは脱窒と共役して生体エネルギーを獲得する硝酸呼吸をおこなうことができる。脱窒を担う酵素群のなかで一酸化窒素を亜酸化窒素(N_2O)に還元するのが一酸化窒素還元酵素(NOR)である。NORは好気呼吸の末端酸化酵素であるシトクロムcオキシダーゼ(CcO)とアミノ酸配列の相同性が見られることなどからNORはCcOの祖先分子であるとみなされており、呼吸酵素の分子進化の観点からも興味深い。本研究ではNORの反応メカニズムの解明と呼吸機能の分子進化を明らかにするために反応中間体である気体分子複合体の振動分光学的解析を進めている。昨年度までに低温で凍結させた酵素を高圧ガスに曝露し、強制的に気体分子を試料内部に浸透させ短寿命な気体分子-蛋白質複合体を調製するクライオガスサイターを開発した。また、常圧または低圧状態で市販されている安定同位体ガスをクライオガスサイターで用いるためのガス圧縮装置を昨年度に作製した。本年度はクライオガスサイターとガス圧縮装置を接続し、^<15>NOや^<18>O_2などの安定同位体ガスとNORとの複合体を調製するシステムを構築した。本システムを使って気体分子・呼吸酵素複合体の振動分光学的解析が可能となる。今後、ガス圧力、抗凍結剤の種類(グリセロールやエチレングリコールなど)、処理温度や時間などの調製条件の検討をさらに進め、目的とする気体分子複合体の振動分光学的解析を進め、研究分担者の小倉らがこれまでに得ているシトクロム酸化酵素の酸素複合体の振動分光学的データとの比較から呼吸機能の分子進化の解明を進める。

非硝化细菌和其他细菌可用于执行硝酸盐呼吸，结合了硝化剂，以获取生物能。在负责反硝化的酶中，一氧化氮还原酶（NOR）将一氧化氮降低至一氧化二氮（N_2O）。也不被认为是CCO的祖先分子，因为它显示了与细胞色素C氧化酶（CCO）的氨基酸序列同源性，这是有氧呼吸的末端氧化酶，并且从呼吸酶的分子进化的角度来看。在这项研究中，我们正在对反应中间体的气体分子复合物进行振动光谱分析，以阐明NOR的反应机理和呼吸功能的分子进化。直到去年，我们已经开发了一种冷冻剂，该酶在低温下冷冻的酶暴露于高压气体，强行将气体分子穿透到样品中，并准备短暂的气体分子蛋白质络合物。此外，去年，制造了一种使用稳定的同位素气体的气体压缩装置，该气体在冷冻剂站点的正常或低压条件下可在商业上使用。今年，我们已经构建了一个系统，可以将冷冻气体连接到气体压缩装置，并准备稳定的同位素气体，例如 ^<15> no和 ^<18> o_2。该系统可以对气体分子呼吸酶复合物进行振动光谱分析。 In the future, we will further investigate the preparation conditions such as gas pressure, the types of anti-cryogens (such as glycerol and ethylene glycol), treatment temperature and time, and proceed with vibrational spectroscopic analysis of the target gas molecule complex, and we will be able to clarify the molecular evolution of respiratory function by comparing it with vibrational spectroscopic data of cytochrome oxidase oxygen complexes obtained到目前为止，研究员Ogura等人。