チトクロムbc型NOリダクターゼの構造・機能相関

细胞色素bc型NO还原酶的结构与功能关系

基本信息

批准号：
10129231
负责人：
櫻井武
金额：
$ 1.02万
依托单位：
Kanazawa 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：
1998
资助国家：
日本
起止时间：
1998 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

Paracoccus halodenitrificansのNOリダクターゼについて、4つの鉄中心の分光学的および磁気的検討を詳細に行い、高スピンヘムbと非ヘム鉄が近接していることを明らかにした。また、基質であるNOがこの複核鉄中心の両方に結合することを見いだした。さらに、分子内電子移動過程の検討および金属中心の酸化還元電位の測定から、低スピンヘムc→低スピンヘムb→高スピンヘムb-非ヘム鉄なる電子移動が行われ、NOが還元体に結合し、N_2Oへと変換されることがわかった。一方、構造遺伝子norCおよびnorBの配列を決定し、金属結合部位を特定するとともに、高次構造モデルを構築した。その結果、NOリダクターゼが末端酸化酵素の先祖酵素であるとの説が妥当なものであると思われた。分子進化による機能変換を決定づけたのは、非ヘム鉄からCuBへの変換であり、非ヘム鉄への配位グループであるグルタミン酸の非配位性アミノ酸への置換によって配位数が減少したため、基質がNOから酸素分子へと変化したものと考えられた。さらに、構造遺伝子の決定はプロトン輸送経路についても示唆した。この知見は、分子進化の過程で如何にしてチトクロムオキシダーゼがプロトンポンプ機能を持つに至ったかを示唆するものであった。さらに、今年度は大量発現系の構築を目指して種々検討してきた。チトクロムcサブユニットについては、大腸菌および酵母において、タンパクとしては大量発現できたが、ヘムの含有量が少なく、もう一段の工夫が必要である。Alcaligenes xylosoxidans GIFU 1051のNOリダクターゼについては、NorCに相当する成分を有しておらず、新種のNOリダクターゼであることがわかった。しかしながら、本酵素は極めて不安定であるので、詳細な研究には時間を要すると考えられる。

对卤代硝化副球菌 NO 还原酶的四个铁中心的详细光谱和磁性研究表明，高自旋血红素 b 和非血红素铁非常接近。我们还发现底物 NO 与这两个双核铁中心结合。此外，通过对分子内电子转移过程的检查和金属中心氧化还原电位的测量，我们发现电子转移发生从低自旋血红素c到低自旋血红素b再到高自旋血红素b-非血红素铁，并且NO与还原形式结合，发现其转化为N_2O。同时，我们确定了结构基因norC和norB的序列，鉴定了金属结合位点，构建了高阶结构模型。因此，NO还原酶是末端氧化酶的祖先酶的理论似乎是正确的。通过分子进化决定功能转变的是非血红素铁向CuB的转变，并且用非配位氨基酸取代非血红素铁的配位基团谷氨酸减少了配位数量。认为底物从NO变成了氧分子。此外，结构基因的测定还表明了质子运输途径。这一发现表明细胞色素氧化酶在分子进化过程中如何具有质子泵功能。此外，今年我们一直在进行各种研究，目的是构建大众表达系统。细胞色素c亚基能够在大肠杆菌和酵母中作为蛋白质大量表达，但血红素含量较低，需要进一步努力。木糖氧化产碱菌 GIFU 1051 的 NO 还原酶被发现是一种新型 NO 还原酶，因为它不具有与 NorC 相对应的成分。然而，由于这种酶极其不稳定，详细的研究预计需要时间。