Elucidation of the chemistry of gaseous molecule at iron binuclear center using nuclear resonance spectroscopies

利用核磁共振波谱阐明铁双核中心气态分子的化学性质

• 批准号: 21H02064
• 负责人: 當舎 武彦
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: University of Hyogo (2023)Institute of Physical and Chemical Research (2021-2022)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H02064/
• 关键词: 金属酵素; 一酸化窒素; ヘム; 反応中間体; 振動分光; 一酸化窒素還元酵素; 低温光解離; ケージド化合物; 電子スピン共鳴; 核共鳴非弾性散乱; 二核鉄中心; 核共鳴散乱分光; クライオフォトリシス

膜結合型一酸化窒素還元酵素（NOR）の活性部位であるヘム鉄/非ヘム鉄複核活性中心での化学を理解するために、分光計測による反応中間体の化学種の決定を目指している。過去の研究から、紫外光照射により一酸化窒素(NO)を発生するケージドNOの光解離を反応開始とした時間分解分光計測から、NORによるNO還元反応は、二つの反応中間体を経ることがわかっている。還元型NORに1分子目のNOが結合した反応中間体が形成し、その後、外部からのプロトン、電子、NOの供給を受けることなく第二の中間体が形成する。そして、第二の中間体が2分子目のNOおよびプロトンと反応することで、反応が完結する。本課題では、この二つの反応中間体の化学構造の決定に取り組んでいる。これまでの実験から、還元型NORとケージドNOを混合し、液体窒素温度下で紫外光照射すると、ケージドNOからのNOは発生するものの、NOが溶液中を拡散しないため、NORの反応は進行しないことがわかっている。そして、この試料の温度を170 K付近まで昇温させることで、非ヘム鉄にNOが結合した第一の反応中間体が捕捉できることがわかっている。そこで、本課題では、第二の反応中間体の捕捉条件を決定するために、NO濃度を1当量程度、溶液のpHをアルカリ条件にすることで、第二の反応中間体が蓄積しやすい条件での実験を行った。電子スピン共鳴（EPR）により、反応中間体の形成を調べたところ、再現性の確認が必要であるが、第一の反応中間体げ形成したのちに、これまでには、みられなかったシグナルが観測されている。第二の中間体が捕捉できている可能性があるので、より詳しい解析を進める予定である。放射光分光である核共鳴非弾性散乱（NRVS）による反応中間体の化学構造決定にも着手しており、第一の反応中間体に関しては、鉄とNO間の振動モードと考えられるシグナルが得られている。

为了了解血红素/非血红素双核活性中心的化学（膜结合一氧化氮还原酶的活性位点），我们旨在通过光谱来确定反应中间体的种类。先前的研究表明，通过时间分辨光谱法通过两个反应中间体进行了也没有减少反应，在这种反应中间人中，笼子NO的光解离，这是通过紫外线光照射产生一氧化氮（NO）的，这是反应的开始。一个反应中间体，其中NO的第一个分子与还原结合或形成，然后形成第二个中间体，而无需接收质子，电子或NO的外部供应。第二个中间体与第二个分子NO和质子反应，从而导致反应完成。该受试者正在解决这两个反应中间体的化学结构的确定。先前的实验表明，当减少或笼子时，将NO混合并在液氮温度下被紫外线辐照，而无笼子不会产生NO，但不会产生溶液中的液体，因此不会扩散到溶液中，因此反应也不进展。已经发现，通过将该样品的温度提高到170 K左右，第一个反应中间体可以捕获与非血红素铁结合的中间体。因此，在该受试者中，为了确定第二个反应中间体的捕获条件，在第二个反应中间体可能会通过将NO浓度设置为约1均等的条件，将溶液的pH和溶液的pH值设置为碱性条件，进行了实验。当通过电子自旋谐振（EPR）检查反应中间体的形成时，有必要确认可重复性，但是在第一个反应中间体形成后，到目前为止尚未观察到的信号。由于可能已经捕获了第二个中级，因此我们计划进行更详细的分析。我们还开始通过核共振非弹性散射（NRVS），一种同步辐射光谱法以及对于第一个反应中间体来确定反应中间反应的化学结构，该信号被认为是铁和没有的振动模式。

项目成果

光解離性ケージド基質を利用した一酸化窒素還元酵素の反応機構の解明

使用光不稳定的笼状底物阐明一氧化氮还原酶的反应机制

• 发表时间: 2021
• 作者: 村田知樹;瀧川紘;鈴木啓介;大森建;當舎武彦
• 通讯作者: 當舎武彦

各種分光計測を駆使した鉄活性中心における一酸化窒素還元酵素の反応機構の解明

使用各种光谱测量阐明铁活性中心一氧化氮还原酶的反应机制

• 发表时间: 2022
• 作者: 高宮渚;鶴田充生;橋本佳樹;川内敬子;三好大輔;徳田 建人;當舎武彦
• 通讯作者: 當舎武彦

Elucidation of Mechanisms for Catalytic Reaction of Nitric Oxide Reductases by Time-resolved Techniques

通过时间分辨技术阐明一氧化氮还原酶催化反应的机制

• 发表时间: 2022
• 作者: T. Tosha;H. Takeda;Y. Shiro;M. Kubo
• 通讯作者: M. Kubo

光解離性基質の低温光解離を利用した金属酵素短寿命反応中間体の同定

利用可光解底物的低温光解鉴定短寿命金属酶反应中间体

• 发表时间: 2022
• 作者: Sasazawa Yukiko;Souma Sanae;Furuya Norihiko;Miura Yoshiki;Kazuno Saiko;Kakuta Soichiro;Suzuki Ayami;Hashimoto Ryota;Hirawake‐Mogi Hiroko;Date Yuki;Imoto Masaya;Ueno Takashi;Kataura Tetsushi;Korolchuk Viktor I;Tsunemi Taiji;Hattori Nobutaka;Saiki Shinji;當舎武彦
• 通讯作者: 當舎武彦

Identifying antibiotics based on structural differences in the conserved allostery from mitochondrial heme-copper oxidases.

• DOI: 10.1038/s41467-022-34771-y
• 发表时间: 2022-12-08
• 期刊: NATURE COMMUNICATIONS
• 影响因子: 16.6
• 作者: Nishida, Yuya;Yanagisawa, Sachiko;Morita, Rikuri;Shigematsu, Hideki;Shinzawa-Itoh, Kyoko;Yuki, Hitomi;Ogasawara, Satoshi;Shimuta, Ken;Iwamoto, Takashi;Nakabayashi, Chisa;Matsumura, Waka;Kato, Hisakazu;Gopalasingam, Chai;Nagao, Takemasa;Qaqorh, Tasneem;Takahashi, Yusuke;Yamazaki, Satoru;Kamiya, Katsumasa;Harada, Ryuhei;Mizuno, Nobuhiro;Takahashi, Hideyuki;Akeda, Yukihiro;Ohnishi, Makoto;Ishii, Yoshikazu;Kumasaka, Takashi;Murata, Takeshi;Muramoto, Kazumasa;Tosha, Takehiko;Shiro, Yoshitsugu;Honma, Teruki;Shigeta, Yasuteru;Kubo, Minoru;Takashima, Seiji;Shintani, Yasunori
• 通讯作者: Shintani, Yasunori