Elucidation of molecular mechanism of bilin synthesis by ferredoxin-dependent bilin reductases

阐明铁氧还蛋白依赖性胆素还原酶合成胆素的分子机制

基本信息

批准号：
20370037
负责人：
FUKUYAMA Keiichi
金额：
$ 12.81万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

In order to elucidate the molecular mechanism of PcyA, we determined the crystal structures of PcyA in complex with the reaction intermediate (18^1,18^2-dihydrobiliverdin), PcyA in complex with the synthetic analog of substrate (biliverdin XIIIα), and PcyA mutant protein of E76Q in complex with BV. These structural studies showed that the carboxyl group of Glu76 in PcyA-BV was in close proximity to the D-ring vinyl group, suggesting the presence of OH...π hydrogen bond here and that this bond is a key for the preceding reduction of the D-ring vinyl group.When Val225 was replaced by Asp, the absorption spectrum of this mutant protein in complex with BV was very different from that of PcyA-BV. The orientation of BV in V225D-BV was inverted and the induced-fit did not occur upon BV binding. This observation presented a cautionary note about interpreting functional data derived from a mutated protein in the absence of its exact structure. In parallel we expressed, purified and crystallized cyanobacterial biliverdin reductase, an enzyme that reduces at different site of BV from PcyA, We also prepared and crystallized the Se-Met form of biliverdin reductase, and performed preliminary X-ray diffraction analyses for these crystals.We determined the crystal structure of red chlorophyll catabolite reductase (RCCR), a key enzyme in the chlorophyll breakdown pathway. The structure was essentially the same as PcyA, implicating that RCCR belongs to the ferredoxin-dependent bilin reductase family. We also determined the crystal structures of RCCR and its mutant protein in complex with substrate, proposing the reaction mechanism as well as the active residues of RCCR.

为了阐明PcyA的分子机制，我们确定了PcyA与中间反应(18^1,18^2-二氢胆绿素)的复合物、PcyA与合成底物类似物(胆绿素XIIIα)的复合物的晶体结构，以及E76Q 与 BV 复合的 PcyA 突变蛋白这些结构研究表明，PcyA-BV 中 Glu76 的羧基与 D 环非常接近。乙烯基，表明此处存在 OH...π 氢键，并且该键是前面 D 环乙烯基还原的关键。当 Val225 被 Asp 取代时，该突变蛋白复合物的吸收光谱BV 与 PcyA-BV 的方向非常不同，V225D-BV 中的 BV 方向是反向的，并且在 BV 结合时没有发生诱导拟合。这一观察结果对解释源自突变蛋白的功能数据提出了警告。缺席同时，我们表达、纯化和结晶了蓝藻胆绿素还原酶，这是一种在 BV 的不同位点上还原 PcyA 的酶，我们还制备并结晶了 Se-Met 形式的胆绿素还原酶，并进行了初步的 X 射线衍射。对这些晶体进行分析。我们确定了红色叶绿素分解代谢物还原酶 (RCCR) 的晶体结构，RCCR 是叶绿素分解途径中的关键酶。与PcyA基本相同，表明RCCR属于铁氧还蛋白依赖性胆素还原酶家族，我们还研究了RCCR及其与底物复合物的突变蛋白的晶体结构，提出了反应机制以及确定的RCCR活性残基。

项目成果

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专利数量（0）

鉄硫黄クラスターのde novo合成を担うISCタンパク質群の複合体解析

负责铁硫簇从头合成的 ISC 蛋白的复杂分析

DOI：
发表时间：
2010
期刊：
影响因子：
0
作者：
平林佳;岩永朋子;高橋康弘;福山恵一;和田啓
通讯作者：
和田啓

Expression, purification and preliminary X-ray crystallographic analysis of the cyanobacterial biliverdin reductase

蓝藻胆绿素还原酶的表达、纯化和初步X射线晶体分析

DOI：
发表时间：
2011
期刊：
Acta Crystallograph.Sect.F Struct.Biol.Cryst.Commun.
影响因子：
0
作者：
Watanabe;A.;Hirata;K.;Hagiwara;Y.;Yutani;Y.;Sugishima;M.;Yamamoto;M.;Fukuyama;K.;Wada K.
通讯作者：
Wada K.

Crystal Structure of Red Chlorophyll Reductase : Enlargement of the Ferredoxin-Denendent Bilin Reductase Family

红色叶绿素还原酶的晶体结构：铁氧还蛋白依赖型 Bilin 还原酶家族的扩大