生体超分子チトクロム酸化酵素のプロトンポンプ機構と酸化還元機構の解明

阐明生物超分子细胞色素氧化酶的质子泵机制和氧化还原机制

• 批准号: 08J06358
• 负责人: 菅 倫寛
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J06358/
• 关键词: 膜蛋白質; 結晶構造解析; チトクロム酸化酵素; プロトンポンプ; 構造生物学

チトクロム酸化酵素活性中心には完全酸化型状態において電子密度が存在することがわかっており、この電子密度をめぐっては20年以上も論争が続いている。この電子密度の決定は酸化還元機構を議論する上でも特に重要である。研究代表者らは昨年度にこの電子密度がハーオキサイドであることを発表したが、それに対し多くの反響と反論を得た。そこで本年度、研究代表者らは新たに回折実験を計画した。この実験はX線による異常分散効果を利用して、パーオキサイドに対する反論の矛盾点を指摘するものであった。実験には精度良い回折実験が必要であったが、これを様々な工夫により克服した。得られた結果はパーオキサイド説に対する反論を完全に否定するものであった。また研究代表者は前年度に得た1.4A分解能のX線回折データを用いて高分解能の構造解析を進めた。前年度から実施してきた、精度の高いFcを求めることを目的とした構造精密化を導入することで、原子モデルの結晶学的freeRを0.20から0.15に改善させた。この結晶系ではチトクロム酸化酵素は単量体の状態でパッキングしていたため、これまで得られていた二量体の構造と比較を行った。この比較から脂質がチトクロム酸化酵素の単量体と二量体の構造変化を制御していて、脂質分子が膜蛋白質の機能において特別な役割を果たすという、新しいモデルを提案することができた。さらに研究代表者は構造精密化後の座標中のカルボン酸の炭素原子-酸素原子間の距離からプロトン化状態を判別する方法を検討した。実験誤差をまったく含まないテストデータを用意し、このデータに対して構造精密化を行ってプロトン化状態の再現性を調べた。その結果、freeRが0.10を切る精度の高いFcのもとでは1.7A分解能でもプロトン化状態の判別が可能であることを示した。

众所周知，完全氧化状态的细胞色素氧化酶活中心存在电子密度，并且争议持续了20多年。电子密度的这种确定在讨论氧化还原机制方面也特别重要。研究人员去年宣布，该电子密度是荒谬的，并收到了许多回应和反驳。因此，今年，研究人员计划了一个新的衍射实验。该实验利用X射线的异常分散效应指出反驳与过氧化物的矛盾。该实验需要高度准确的衍射实验，但这是通过各种独创性克服的。获得的结果完全拒绝了过氧化物理论的反驳。首席研究者还使用上一年以1.4A分辨率获得的X射线衍射数据进行了高分辨率结构分析。通过引入自上一年以来实施的结构改进，旨在获得高度准确的FC，原子模型的晶体学不含R从0.20提高到0.15。在这个结晶系统中，细胞色素氧化酶以单体的形式填充，因此与到达现在获得的二聚体的结构进行了比较。这种比较使我们提出了一个新模型，其中脂质调节细胞色素氧化酶单体和二聚体的结构变化，而脂质分子在膜蛋白的功能中起着特殊的作用。此外，研究人员研究了一种从结构改进后坐坐标中羧酸的碳原子与氧原子之间的距离确定质子化状态的方法。准备不包含任何实验错误的测试数据，并在结构上完善了数据以检查质子化状态的可重复性。结果，结果表明，在自由度低于0.10的FC下，即使以1.7A分辨率，也可以区分质子化状态。

项目成果

Structure of the connexin 26 gap junction channel at 3.5Å resolution

3.5Å 分辨率下连接蛋白 26 间隙连接通道的结构

• 发表时间: 2009
• 期刊: Nature 458
• 作者: Shoji Maeda;So Nakagawa;Michihiro Suga;Eiki Yamashita;Atsunori Oshima;Yoshinori Fujiyoshi;Tomitake Tsukihara
• 通讯作者: Tomitake Tsukihara

チトクロム酸化酵素の高分解能の精密X線結晶構造解析:1.5A程度のX線回折データで膜蛋白質のプロトン化/脱プロトン化状態の決定方法の開発

细胞色素氧化酶的高分辨率且精确的X射线晶体结构分析：开发利用约1.5A的X射线衍射数据确定膜蛋白的质子化/去质子化状态的方法

• 发表时间: 2008
• 作者: Michihiro Suga;Shoji Maeda;So Nakagawa;Eiki Yamashita;菅倫寛;菅倫寛;菅倫寛;菅倫寛;菅倫寛;Michihiro Suga;菅倫寛;Michihiro Suga;Michihiro Suga;菅倫寛
• 通讯作者: 菅倫寛

A description of a structure determination procedure of a gap junction channel at 3.5Å resolution

3.5Å 分辨率间隙连接通道结构测定程序的描述

• 发表时间: 2009
• 期刊: J.Cryst.Soc.Jpn 51
• 作者: Michihiro Suga;Shoji Maeda;So Nakagawa;Eiki Yamashita
• 通讯作者: Eiki Yamashita

超分子複合体の結晶での最良のX線回折データを得る方法の開発

开发一种获得超分子复合物晶体最佳 X 射线衍射数据的方法

• 发表时间: 2008
• 作者: Michihiro Suga;Shoji Maeda;So Nakagawa;Eiki Yamashita;菅倫寛;菅倫寛;菅倫寛;菅倫寛;菅倫寛;Michihiro Suga;菅倫寛
• 通讯作者: 菅倫寛

ギャップジャンクションチャネルの構造決定手順

间隙连接通道结构测定程序

• 发表时间: 2009
• 作者: Tomiyama M;Kinoshita T;菅倫寛
• 通讯作者: 菅倫寛