チトクロム酸化酵素における電子移動とプロトン輸送の共役機構

细胞色素氧化酶中电子传递和质子传递的耦合机制

• 批准号: 07780550
• 负责人: 小倉 尚志
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: Okazaki National Research Institutes
• 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: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07780550/
• 关键词: チトクロム酸化酵素; 生体エネルギー変換; 共鳴ラマン分光法; プロトンポンプ; 酸素活性化; 電子伝達系

チトクロム酸化酵素は、呼吸鎖電子伝達系の末端におり呼吸基質に由来する電子を分子状酸素に渡してこれを水にまで還元する。この電子伝達反応は膜を隔てたプロトンの能動輸送と共役している。こうしてできたプロトンの濃度勾配はアデノシン三リン酸の合成に使われる。本研究では酸素分子を還元する活性部位であるヘムに注目し、共鳴ラマン分光法により反応中間体の振動スペクトルの時間変化を追跡した。完全還元型チトクロム酸化酵素と酸素分子を反応させると、571-、804-、356-、785-、450-cm^<-1>の順に新たなラマン線が現れた。^<18>O_2を用いた時の振動数シフトからそれぞれ、酸素化型のFe-O_2伸縮振動(571-cm^<-1>)、オキソ型のFe=O伸縮振動(804-cm^<-1>)、別のオキソ型のFe=O伸縮振動(785-cm^<-1>)、水酸化型のFe-OH伸縮振動(450-cm^<-1>)に帰属した。356-cm^<-1>のラマン線の帰属ははっきりしない。804-cm^<-1>を与える分子種(Fe=O_<804>)は785-cm^<-1>を与える分子種(Fe=O_<785>)より1当量だけ高酸化状態にあることが、半還元状態の酵素の反応との比較からはっきりした。さらに、Fe=O_<804>からFe=O_<785>への反応速度が重水中では約20%に低下することを見いだした。この反応ステップではスカラープロトン(酸素分子を還元して水にするのに使われるプロトン)は必要ないにもかかわらず重水中で反応速度が極端に遅くなっている。このことはFe=O_<804>へ電子が供給されてFe=O_<785>ができる段階がプロトン輸送と共役していることを強く示唆する。今後、紫外共鳴ラマン分光法や赤外吸収分光法によりタンパク中のプロトンの動きを追跡することが必要かつ重要である。

细胞色素氧化酶通过源自呼吸链电子传输系统末端的呼吸底物到分子氧的电子，并将其降低到水中。该电子转移反应与膜分离的质子的主动转运偶联。这样形成的质子的浓度梯度用于合成三磷酸腺苷。在这项研究中，我们集中在血红素上，血红素是减少氧分子的活性位点，并跟踪通过共振拉曼光谱法中间反应中间的振动光谱的随时间变化。当完全还原的细胞色素氧化酶与氧分子反应时，新的拉曼线的出现为571-，804-，356-，785-和450-CM^<-1>>> <-1>。 The frequency shift when using ^<18>O_2 was assigned to the oxygenated Fe-O_2 stretching vibration (571-cm^<-1>), the oxo-type Fe=O stretching vibration (804-cm^<-1>), the Fe=O stretching vibration (785-cm^<-1>), and the hydroxylated Fe-OH stretching vibration （分别为450-cm^<-1>）。 Raman线在356-CM^<-1>上的归因尚不清楚。与半还原酶的反应进行比较，表明给出804-CM^<-1>的分子物种（Fe = O_ <804>）比分子物种（Fe = O_ <785>）的高度氧化态在高度氧化状态下，该状态具有785-CM^<-1>>。此外，发现在重水中，从Fe = O_ <804>到Fe = O_ <785>的反应速率降至约20％。此反应步骤不需要标量质子（用于降低水中的氧分子的质子），但是在重水中，反应速率极慢。这强烈表明，将电子馈送到Fe = O_ <804>的阶段以及Fe = O_ <785>的形成与质子传输相结合。将来有必要和重要的是，通过紫外线共振拉曼光谱和红外吸收光谱跟踪蛋白质质子的运动。

项目成果

D.A.Proshlyakov,T.Ogura et al.: "Microcirculating System for Simultaneous Determination of Raman and Absorption Spectra of Enzymatic Reaction Intermediates..." Biochemistry. 35. 76-82 (1996)

D.A.Proshlyakov、T.Ogura 等人：“用于同时测定酶反应中间体的拉曼和吸收光谱的微循环系统......”生物化学。