膜蛋白質複合体チトクロム酸化酵素分子内のリン脂質の構造と機能研究

膜蛋白复合物细胞色素氧化酶分子中磷脂的结构和功能研究

• 批准号: 12780495
• 负责人: 山下 栄樹
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12780495/
• 关键词: リン脂質; チトクロム酸化酵素; X線結晶構造解析; 放射光

膜蛋白質複合体であるウシ心筋チトクロム酸化酵素の結晶構造から、分子内に取り込まれたリン脂質が発見できた。これら分子内に取り込まれたリン脂質の構造とリン脂質と蛋白質内のアミノ酸残基との詳細な結合様式を決定することは、膜蛋白質の構造形成を理解する上で極めて重要なことである。本研究では、チトクロム酸化酵素の高分解能での精密な結晶構造解析を行い、リン脂質とアミノ酸残基との相互佐用を詳細に調べ、膜蛋白質複合体の分子構築におけるリン脂質の役割を解明する。チトクロム酸化酸素及び結合しているリン脂質の立体構造は、X線結晶構造解析法を用いて、1.8Å分解能で決定した。リン脂質は、チトクロム酸化酸素1分子あたり14分子結合しており、カルジオリピン5分子、フォスファチジルコリン1分子、フォスファチジルエタノールアミン3分子、フォスファチジルグリセロール5分子であった。全てのリン脂質は、膜貫通領域にあり、酵素の膜貫通αヘリックスと相互作用を持っていた。リン脂質は酵素表面にあるくぼみやサブユニット間の隙間に多く結合しており、蛋白質との結合は脂肪酸と疎水性アミノ酸による疎水性相互作用が中心であった。蛋白質内部にある空洞に結合していたリン脂質は、水素結合も多く見られた。また、脂肪酸の一部はCHπ結合により相互作用していた。リン脂質14分子のうち13分子がチトクロム酸化酵素の複数のサブユニットと相互作用し、サブユニット間にできる隙間を埋めていたことから、これらリン脂質が4次構造形成を補助する役割を持つことが明らかとなった。さらに、2量体を形成する本酵素の2分子間の結合もリン脂質が補助していた。チトクロム酸化酵素におけるリン脂質はその構成成分の一つとして、機能に関与した役割を担っていることが明らかとなった。

Membrane protein complex で あ る ウ シ heart muscle チ ト ク ロ ム acidification enzyme の crystal structure か ら, intramolecular に take り 込 ま れ た リ ン lipid が 発 see で き た. こ れ ら intramolecular に take り 込 ま れ た リ ン lipid の tectonic と リ ン lipid と protein in の ア ミ ノ acid residues と の な in detail combined with others in type を decided す る こ と は, membrane proteins の を understand す structure formation on る で め extremely important な て こ と で あ る. This study で は, チ ト ク ロ ム acidification enzyme の high decomposition can で の precision analytical line を い な crystal structure, リ ン lipid と ア ミ ノ acid residues と の each other with a detailed に を べ, membrane protein complex molecular building に の お け る リ ン lipid cut を の service interpret す る. チ ト ク ロ ム acidification acid element and び し て い る リ ン lipid の three-dimensional structure は, X-ray crystal structure analytic method を い て, 1.8 A decomposition can で decision し た. リ ン lipid は, チ ト ク ロ ム acidification acid element 1 molecular あ た り 14 molecules し て お り, カ ル ジ オ リ ピ ン 5 molecules, フ ォ ス フ ァ チ ジ ル コ リ ン 1 molecules, フ ォ ス フ ァ チ ジ ル エ タ ノ ー ル ア ミ ン 3 molecules, フ ォ ス フ ァ チ ジ ル グ リ セ ロ ー ル 5 molecular で あ っ た. The full て リ リ <s:1> lipid, membrane-permeable domain にあ, and enzyme-<s:1> membrane-permeable αヘリッ <s:1> スと interactions を support って た た た. リ ン surface lipid は enzyme に あ る く ぼ み や サ ブ ユ ニ ッ ト の between interstitial に く combined with more し て お り, protein と は fatty acid binding の と 疎 water-based ア ミ ノ acid に よ る 疎 water-based が interaction center で あ っ た. The にある voids inside proteins are に bound to <s:1> て て たリ たリ, and the binding of <s:1> lipids and water proteins <s:1> is mostly く and られた. Youdaoplaceholder0 fatty acids <s:1> a part of また CHπ binds to によ and によ interact with each other, and the interaction is て た た. リ ン lipid molecules of 14 の う ち 13 molecular が チ ト ク ロ ム の acidification enzyme complex の サ ブ ユ ニ ッ ト と し interaction, サ ブ ユ ニ ッ ト between に で き る interstitial を buried め て い た こ と か ら, こ れ ら リ ン lipid が four を subsidy structure formation す cut を る service hold つ こ と が Ming ら か と な っ た. Youdaoplaceholder0, 2 volumes of を form する this enzyme <s:1>, 2 molecules of intermolecular <s:1> bind <s:1> リ, <s:1> lipids が assist <s:1> て た た た. チ ト ク ロ ム acidification enzyme に お け る リ ン lipid は そ の composition の a つ と し て, function に masato and し た "を cut bear っ て い る こ と が Ming ら か と な っ た.

项目成果

Fei M.J., et al: "X ray structure of azide-bound fully oxidized cytochrome C oxidase from bovine heart at 2.9Å resolution"Acta Cryst. D56. 529-535 (2000)

Fei M.J. 等人：“牛心脏叠氮化物结合的完全氧化的细胞色素 C 氧化酶的 X 射线结构，分辨率为 2.9Å”Acta Cryst，529-535 (2000)。

M.Odoko, et al: "Optimization of the energy constant of the methionine S^8-C^8 bond for X-PLOR refinement of protein structure"J.Appl.Cryst. 34. 80-81 (2001)

M.Odoko 等人：“优化蛋氨酸 S^8-C^8 键的能量常数，用于蛋白质结构的 X-PLOR 精修”J.Appl.Cryst。

Lee S.J., etc.: "Intermonomer interactions in dimer of bovine heart cytochrome c oxidase"Acta Cryst.. D57. 941-947 (2001)

Lee S.J.等：“牛心细胞色素c氧化酶二聚体中的单体相互作用”Acta Cryst..D57。

T.Nakai, et al: "Crystal structure of N-carbamyl-D-amino acid amidohydrolase with a novel catalytic framework common to amitohydrolases"Structure. 8. 729-737 (2000)

T.Nakai 等人：“N-氨甲酰-D-氨基酸酰胺水解酶的晶体结构，具有酰胺水解酶常见的新型催化框架”结构。