古細菌2-オキソ酸:フェレドキシン酸化還元酵素群の構造生物学研究

古菌2-含氧酸：铁氧还蛋白氧化还原酶组的结构生物学研究

基本信息

批准号：
11169220
负责人：
畑安雄
金额：
$ 1.92万
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 (A)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至 2000
项目状态：
已结题

项目摘要

大腸菌由来NifS相同タンパク質CsdBの結晶構造を2.5Å分解能で解析した。放射光から得られる単色X線を用いて-173℃で収集した35,679個の独立な回折反射データに対して昨年2.8Å分解能で決定した構造を初期モデルとしてプログラムXPLORを用いて構造精密化をした処、R値17.1%、Rfree値19.5%の構造を得た。本研究で決定したCsdBの構造は、NifS相同タンパク質としては世界初の構造例となったが、NifSタンパク質により類似していて後に構造決定された超高温古細菌Thermotogamartima由来NifS相同タンパク質(tmNifS)との構造比較によってNifSタンパク質の構造特性を明らかにすることができた。両者はアミノ酸配列で23%の相同性を有し、319個のCα原子に対するRMS変位値が1.5Åで立体構造上も全体的に類似している。両者の構造上の大きな違いは、CsdB上のβ-ヘアピンループ領域(残基番号255-271)と活性残基Cys364が含まれる伸張部(残基番号362-375)に観られる。これらの領域は、酵素二量体の異なるサブユニットから突出してきて活性部を構成している。tmNifSでは、CsdB上のβ-ヘアピンループ領域は13残基の欠損によって消失しており、代わりに活性残基Cys324を含む伸張部は10残基の挿入でより突出していると考えられる。CsdBではこの伸張部および活性残基は定まった構造をとっているが、tmNifSでは挿入によって伸張部がCsdBに比べてより柔軟性を持つためにそれらの位置が電子密度図上で観察されない。活性残基を含むこの伸張部における両者の柔軟性の違いによって、両酵素は基質側鎖のβ位に位置する原子がセレンであるかシスティンであるかを認識し区別してそれぞれに特有の酵素活性を発揮しているのではないかという考えを抱かせる。

以2.5Å分辨率分析了源自大肠杆菌的NIFS同源蛋白CSDB的晶体结构。使用去年以2.8Å分辨率确定的35,679个独立衍射反射数据以-173°C收集的结构的初始模型，使用从同步辐射中获得的单色X射线收集，我们获得了R值为17.1％和R自由值的结构。在这项研究中确定的CSDB的结构是NIFS同源蛋白的世界第一个结构示例，但是可以通过将其与NIFS同源蛋白（TMNIF）进行比较来揭示NIFS蛋白的结构特征，该蛋白（TMNIF）与NIFS蛋白相似，后来确定了结构化的NIFS蛋白。两者在氨基酸序列中具有23％的同源性，319Cα原子的RMS位移值为1.5Å，三维结构通常相似。两者之间的主要结构差异可以在CSDB上的β-发行环区域（残基编号255-271）和包含活性残基Cys364（残基号362-375）的延伸区域中看到。这些区域从酶二聚体的不同亚基伸出，形成活性部分。在TMNIF中，CSDB上的β-发pin回路区域由于13个残留缺陷而丢失，而含有活性残基Cys324的延伸似乎随着10个沉积物插入而更加突出。在CSDB中，延伸和活性残基具有定义的结构，但是在TMNIF中，由于插入，延伸部分比在CSDB中更灵活，因此在电子密度图上未观察到它们的位置。包含活性残基的两个扩展区域之间的柔韧性差异导致了这样一种想法，即两种酶都识别并区分位于底物侧链的β位置的原子是硒还是囊肿，从而发挥其独特的酶活性。