酵素超分子複合体形成による効率的な細胞内連続化学反応機構の解明
【研究分野】生体関連化学
【研究キーワード】
蛋白質複合体 / 一酸化窒素 / 脱窒 / 金属酵素 / 反応機構 / 時間分解計測 / 超分子複合体 / ヘム / 相互作用 / 酵素反応 / 電子顕微鏡 / CryoEM / タンパク質複合体 / 金属タンパク質
【研究成果の概要】
微生物が行う嫌気呼吸の一種であり、硝酸から窒素分子への4段階の連続した化学反応からなる脱窒反応が、どのようにして効率よく行われているか、その仕組みの理解を目指して研究を行った。本課題では、脱窒の中間生成物である一酸化窒素（NO）が高い細胞毒性を示すことに着目し研究を進めた結果、NOを合成する亜硝酸還元酵素（NiR）とNOを分解するNO還元酵素（NOR）が複合体を形成することで、NOを細胞環境に拡散させずに速やかに分解していることを発見した。NORによるNO分解の反応機構に関する研究にも着手し、二分子のNOが段階的にNORに結合し、NOの還元反応が進行することを突き止めた。
【研究の社会的意義】
細胞内は、生体分子でみたされたクラウディングという状態にあり、生体内での反応は、多数の夾雑物が存在する条件下で行われる。脱窒のように連続した化学反応が分子夾雑下で効率よく行われるためには、それぞれの反応を触媒する酵素タンパク質が連携して強調的に機能する仕組みが必要となる。このような問いに対する一つの回答として、本研究から、脱窒に関わるタンパク質が相互作用することで、中間生成物を拡散させずに効率よく逐次反応を行っていることが示唆された。一連の生理反応に関わるタンパク質が相互作用して機能するという概念は、脱窒以外の反応系にも適用できる考え方であり、一般性のある現象であることが推察される。
【研究代表者】
【研究分担者】 |
| 新井 博之 | 東京大学 | 大学院農学生命科学研究科(農学部) | 准教授 | (Kakenデータベース) |
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【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2017-04-01 - 2021-03-31
【配分額】18,330千円 (直接経費: 14,100千円、間接経費: 4,230千円)