精密X線結晶構造解析によるチトクロム酸化酵素の翻訳後修飾構造の決定

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チトクロム酸化酵素は、チトクロムcから電子を受け取って分子状酸素を水にまで還元すると共に、プロトン能動輸送を行い、ATP合成に必要なエネルギーを創り出している。2.8Å分解能での結晶構造から酸素結合部位のヘムa3とCuBの近傍でCuBに配位しているHis240とTyr244が、翻訳後修飾によって直接結合した構造が見つかった。この構造が活性中心と繋がっているため、翻訳後修飾の精密な構造を確定することは本酵素の反応機能を理解する上で極めて重要なことである。本研究では、高分解能でのX線結晶構造解析を行い、His240-Tyr244の精密な構造を決定する。高分解能(2.0Å分解能)の回折強度測定は、第3世代放射光SPring8に建設した蛋白研ビームラインBL44XUと共用ビームラインBL41XUを使用して行われた。収集した回折強度データは、2.0Å分解能での完全性が94.9%、重複数が4.1、R-mergeが7.5%の良質なデータであった。この回折強度データを基に、既に構造解析されたいる2.8Å分解能の結晶構造を使って分子置換を行い、2.0Å分解能で構造精密化を行った。精密化された構造の結合距離と結合角の偏差は、それぞれ、0.01Åと2.00°であった。構造の精度を示す結晶学的なR値とFreeRは、それぞれ、20.4%と24.2%であった。His240のイミダゾール基のN_<ε2>とTyr244のフェノール基のC_<ε2>とが1.3Åの距離にあり、共有結合している。この結合は、酸素を還元するための電子伝達経路になると考えられる。