酸素・電子滴定とESR分光によるヘムオキシゲナーゼ反応の再検討と結晶構造の解析

使用氧/电子滴定和 ESR 光谱重新检查血红素加氧酶反应和晶体结构分析

基本信息

批准号：
11116227
负责人：
野口正人
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Kurume University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

【ラットヘムオキシゲナーゼ-1(HO-1)の結晶構造】C末端の膜結合ドメインを除いた短縮型ラットHO-1とヘムの複合体の結晶構造を決定した。ラットHO-1の構造は8本のα-ヘリックスから成る。ヘムは2つのヘリックスに挟まれており、近位側(Aヘリックス)にはHis25が配位していたが、遠位側(Fヘリックス)には極性アミノ酸が存在せず、最も近いアミノ酸残基はG139とG143であった。G143のアミド・G139のカルボニルともヘム上の酸素と水素結合するのに充分近い距離に存在していた。HO反応はoxyferrylではなくferric peroxideが活性酸素と考えられている。oxyferrylの形成には遠位アミノ酸の側鎖が関与しているが、HOでは主鎖によって酸素が活性化されている可能性がある。【α-ヒドロキシヘムからα-ベルドヘムへの転換反応】HOによるヘム分解反応では、ヘム・α-ヒドロキシヘム・α-ベルドヘム・ビリベルジンの順に3段階の酸素依存性の反応が起こる。しかし、各ステップの化学反応の詳細な化学量論的な研究はされていなかった。特に第2ステップの反応(α-ヒドロキシヘム→α-ベルドヘム)については、分子状酸素のみで起こると主張するグループと外部からの電子の供給が必要であると主張するグループの対立がある。そこで、この反応の電子要求性について検討した。複合体中のα-ヒドロキシヘムはFe(III)high-spin体とFe(II)π neutral radical体の平衡状態にありCO添加により平衡はRadical体側に大きく傾くこと、この複合体は1当量の酸素によってベルドヘムに転換すること、生成したベルドヘムのヘム鉄は2価であることを明らかにした。これらのことから、HO-ヒドロキシヘム複合体からのベルドヘムへの変換はπ radical体から始まり、このものは電子を必要とせずに酸素と反応してFe(II)ベルドヘムに変換されるものと結論された。

[大鼠血红素加氧酶-1(HO-1)的晶体结构] 测定了除去C末端膜结合结构域的截短的大鼠HO-1和血红素复合物的晶体结构。大鼠 HO-1 的结构由八个 α 螺旋组成。血红素夹在两个螺旋之间，His25在近端（A螺旋）配位，但远端（F螺旋）没有极性氨基酸，最接近的氨基酸残基是G139和G143。 G143的酰胺基和G139的羰基足够接近，能够与血红素上的氧形成氢键。在 H2O 反应中，过氧化铁（而不是氧化铁基）被认为是活性氧。氧铁基的形成涉及远端氨基酸的侧链，而氧可能被 H2O 中的主链激活。 [从α-羟基血红素向α-绿血红素的转化反应] 在H2O的血红素分解反应中，按照血红素、α-羟基血红素、α-绿血红素和胆绿素的顺序发生三步氧依赖性反应。然而，尚未对每个步骤中的化学反应进行详细的化学计量研究。特别是，关于第二步反应（α-羟基血红素→α-绿血红素），声称该反应仅在分子氧下发生的一方与声称需要外部电子供应的一方之间存在冲突。因此，我们研究了该反应的电子需求。复合物中的α-羟基血红素处于Fe(III)高自旋形式和Fe(II)π中性自由基形式之间的平衡状态，并且CO的添加使平衡大大向自由基形式倾斜。它被氧气转化为绿血红素，并且所产生的绿血红素的血红素铁是二价的。从这些结果中，我们得出结论，HO-羟基血红素复合物向绿血红素的转化是从π自由基开始的，它在不需要电子的情况下与氧发生反应，并转化为Fe(II)绿血红素。