細菌呼吸鎖末端オキシダーゼの変換機構:ヘム補欠分子族の入れ替えによる変換

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酢酸菌Acetobacter acetiの呼吸末端オキシダーゼは振盪培養によってチトクロムa_1を、静置培養によってそれがチトクロムoを生成する。しかも、そのチトクロムoが相互に非常に高い相同性を有し、同一のペプチドより成ることを示唆されている。そこで、本研究では、酢酸菌のこの特異な末端オキシダーゼの変換機構を解明するため、それら両オキシダーゼが単一の構造遺伝子から由来するのか、別々の構遺伝子から発現しているのか、さらに培養条件によるヘムaの変換が起るのか否かを解明することを目指した。1.両オキシダーゼが同一の構造遺伝子から発現するのか否かを調ベるために、まず大腸菌チトクロムoサブユニットIの塩基配列から推定される保存性の高い領域をプライマーとしてPCR法で酢酸菌末端オキシダーゼに対応するDNAフラグメントを調製した。このDNAをプローブとして、振盪培養及び静置培養した菌体から調製した染色体DNAを種々の制限酵素で処理し、ハイブリダイゼーションせ行ない、チトクロムa_1とチトクロムoが同一の構造遺伝子に由来することを示唆する結果を得た。2.静置培養ではヘムo、振盪培養ではヘムaが生成されるので、それぞれの生合成の調節機構を解明するため、各培養におけるヘム成分の発現と酸素分圧との関係を調ベた。その結果、酸素分圧が増加することで、両培養ともヘムoとヘムaの変換は起らなかったが、それらの量が大きく減少することが示された。それにともなって、酵素活性の大幅な減少もみられたが酵素蛋白の減少はさほど大きくなく、両オキシダーゼのヘム合成と蛋白合成は完全には協調していないことが示された。