2021/10/21 更新

写真a

スガ ミチヒロ
菅 倫寛
SUGA Michi
所属
異分野基礎科学研究所 准教授
職名
准教授
外部リンク

学位

  • 博士(理学) ( 大阪大学 )

研究分野

  • ライフサイエンス / 構造生物化学

学歴

  • 大阪大学理学研究科    

    2006年 - 2009年

      詳細を見る

経歴

  • JST さきがけ研究者(兼任)

    2018年10月 - 現在

      詳細を見る

  • 岡山大学 異分野基礎科学研究所   The Research Institute for Interdisciplinary Science   准教授

    2017年4月 - 現在

      詳細を見る

所属学協会

▼全件表示

 

論文

  • Time-resolved studies of metalloproteins using X-ray free electron laser radiation at SACLA. 査読 国際誌

    Michihiro Suga, Atsuhiro Shimada, Fusamichi Akita, Jian-Ren Shen, Takehiko Tosha, Hiroshi Sugimoto

    Biochimica et biophysica acta. General subjects   1864 ( 2 )   129466 - 129466   2020年2月

     詳細を見る

    記述言語:英語  

    BACKGROUND: The invention of the X-ray free-electron laser (XFEL) has provided unprecedented new opportunities for structural biology. The advantage of XFEL is an intense pulse of X-rays and a very short pulse duration (<10 fs) promising a damage-free and time-resolved crystallography approach. SCOPE OF REVIEW: Recent time-resolved crystallographic analyses in XFEL facility SACLA are reviewed. Specifically, metalloproteins involved in the essential reactions of bioenergy conversion including photosystem II, cytochrome c oxidase and nitric oxide reductase are described. MAJOR CONCLUSIONS: XFEL with pump-probe techniques successfully visualized the process of the reaction and the dynamics of a protein. Since the active center of metalloproteins is very sensitive to the X-ray radiation, damage-free structures obtained by XFEL are essential to draw mechanistic conclusions. Methods and tools for sample delivery and reaction initiation are key for successful measurement of the time-resolved data. GENERAL SIGNIFICANCE: XFEL is at the center of approaches to gain insight into complex mechanism of structural dynamics and the reactions catalyzed by biological macromolecules. Further development has been carried out to expand the application of time-resolved X-ray crystallography. This article is part of a Special Issue entitled Novel measurement techniques for visualizing 'live' protein molecules.

    DOI: 10.1016/j.bbagen.2019.129466

    PubMed

    researchmap

  • An oxyl/oxo mechanism for oxygen-oxygen coupling in PSII revealed by an x-ray free-electron laser. 査読

    Suga M, Akita F, Yamashita K, Nakajima Y, Ueno G, Li H, Yamane T, Hirata K, Umena Y, Yonekura S, Yu LJ, Murakami H, Nomura T, Kimura T, Kubo M, Baba S, Kumasaka T, Tono K, Yabashi M, Isobe H, Yamaguchi K, Yamamoto M, Ago H, Shen JR

    Science (New York, N.Y.)   366 ( 6463 )   334 - 338   2019年10月

  • Elucidation of the entire Kok cycle for photosynthetic water oxidation by the large-scale quantum mechanics/molecular mechanics calculations: Comparison with the experimental results by the recent serial femtosecond crystallography 査読

    Shoji Mitsuo, Isobe Hiroshi, Shen Jian-Ren, Suga Michihiro, Akita Fusamichi, Miyagawa Koichi, Shigeta Yasuteru, Yamaguchi Kizashi

    CHEMICAL PHYSICS LETTERS   730   416 - 425   2019年9月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.cplett.2019.06.026

    Web of Science

    researchmap

  • Structure of the green algal photosystem I supercomplex with a decameric light-harvesting complex I 査読

    Suga Michihiro, Ozawa Shin-Ichiro, Yoshida-Motomura Kaori, Akita Fusamichi, Miyazaki Naoyuki, Takahashi Yuichiro

    NATURE PLANTS   5 ( 6 )   626 - 636   2019年6月

  • Structural basis for blue-green light harvesting and energy dissipation in diatoms 査読

    Wang Wenda, Yu Long-Jiang, Xu Caizhe, Tomizaki Takashi, Zhao Songhao, Umena Yasufumi, Chen Xiaobo, Qin Xiaochun, Xin Yueyong, Suga Michihiro, Han Guangye, Kuang Tingyun, Shen Jian-Ren

    SCIENCE   363 ( 6427 )   eaav0365   2019年2月

  • An oxyl/oxo mechanism for dioxygen bond formation in PSII revealed by X-ray free electron lasers 査読

    Suga, M, Akita, F, Yamashita, K, Nakajima, Y, Ueno, G, Li, H, Yamane, T, Hirata, K, Umena, Y, Yonekura, S, Yu, L.-J, Murakami, H, Nomura, T, Kimura, T, Kubo, M, Baba, S, Kumasaka, T, Tono, K, Yabashi, M, Isobe, H, Yamaguchi, K. Yamamoto, M, Ago, H, Shen, J.-R

    Science   in press   2019年

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    researchmap

  • Thylakoid membrane lipid sulfoquinovosyl-diacylglycerol (SQDG) is required for full functioning of photosystem II in Thermosynechococcus elongatus 査読

    Nakajima Yoshiki, Umena Yasufumi, Nagao Ryo, Endo Kaichiro, Kobayashi Koichi, Akita Fusamichi, Suga Michihiro, Wada Hajime, Noguchi Takumi, Shen Jian-Ren

    JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY   293 ( 38 )   14786 - 14797   2018年9月

  • Fourier Transform Infrared Analysis of the S-State Cycle of Water Oxidation in the Microcrystals of Photosystem II 査読

    Yuki Kato, Fusamichi Akita, Yoshiki Nakajima, Michihiro Suga, Yasufumi Umena, Jian-Ren Shen, Takumi Noguchi

    Journal of Physical Chemistry Letters   9 ( 9 )   2121 - 2126   2018年5月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:American Chemical Society  

    Photosynthetic water oxidation is performed in photosystem II (PSII) through a light-driven cycle of intermediates called S states (S0-S4) at the water oxidizing center. Time-resolved serial femtosecond crystallography (SFX) has recently been applied to the microcrystals of PSII to obtain the structural information on these intermediates. However, it remains unanswered whether the reactions efficiently proceed throughout the S-state cycle retaining the native structures of the intermediates in PSII crystals. We investigated the water oxidation reactions in the PSII microcrystals using flash-induced Fourier transform infrared (FTIR) difference spectroscopy. In comparison with the FTIR spectra in solution, it was shown that all of the metastable intermediates in the microcrystals retained their native structures, and the efficiencies of the S-state transitions remained relatively high, although those of the S2 → S3 and S3 → S0 transitions were slightly lowered possibly due to some restriction of water movement in the crystals.

    DOI: 10.1021/acs.jpclett.8b00638

    Web of Science

    Scopus

    researchmap

  • Structure of photosynthetic LH1-RC supercomplex at 1.9 Å resolution 査読

    Long-Jiang Yu, Michihiro Suga, Zheng-Yu Wang-Otomo, Jian-Ren Shen

    Nature   556 ( 7700 )   209 - 213   2018年4月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Nature Publishing Group  

    Light-harvesting complex 1 (LH1) and the reaction centre (RC) form a membrane-protein supercomplex that performs the primary reactions of photosynthesis in purple photosynthetic bacteria. The structure of the LH1-RC complex can provide information on the arrangement of protein subunits and cofactors
    however, so far it has been resolved only at a relatively low resolution. Here we report the crystal structure of the calcium-ion-bound LH1-RC supercomplex of Thermochromatium tepidum at a resolution of 1.9 Å. This atomic-resolution structure revealed several new features about the organization of protein subunits and cofactors. We describe the loop regions of RC in their intact states, the interaction of these loop regions with the LH1 subunits, the exchange route for the bound quinone QB with free quinone molecules, the transport of free quinones between the inside and outside of the LH1 ring structure, and the detailed calcium-ion-binding environment. This structure provides a solid basis for the detailed examination of the light reactions that occur during bacterial photosynthesis.

    DOI: 10.1038/s41586-018-0002-9

    Web of Science

    Scopus

    researchmap

  • Crystal structure and redox properties of a novel cyanobacterial heme protein with a His/Cys heme axial ligation and a Per-Arnt-Sim (PAS)-like domain 査読

    Taiki Motomura, Michihiro Suga, Rainer Hienerwadel, Akiko Nakagawa, Thanh-Lan Lai, Wolfgang Nitschke, Takahiro Kuma, Miwa Sugiura, Alain Boussac, Jian-Ren Shen

    JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY   292 ( 23 )   9599 - 9612   2017年6月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:AMER SOC BIOCHEMISTRY MOLECULAR BIOLOGY INC  

    Photosystem II catalyzes light-induced water oxidation leading to the generation of dioxygen indispensable for sustaining aerobic life on Earth. The Photosystem II reaction center is composed of D1 and D2 proteins encoded by psbA and psbD genes, respectively. In cyanobacteria, different psbA genes are present in the genome. The thermophilic cyanobacterium Thermosynechococcus elongatus contains three psbA genes: psbA1, psbA2, and psbA3, and a new c-type heme protein, Tll0287, was found to be expressed in a strain expressing the psbA2 gene only, but the structure and function of Tll0287 are unknown. Here we solved the crystal structure of Tll0287 at a 2.0 angstrom resolution. The overall structure of Tll0287 was found to be similar to some kinases and sensor proteins with a Per-Arnt-Sim-like domain rather than to other c-type cytochromes. The fifth and sixth axial ligands for the heme were Cys and His, instead of the His/Met or His/His ligand pairs observed for most of the c-type hemes. The redox potential, E-1/2, of Tll0287 was -255 +/- 20 mV versus normal hydrogen electrode at pH values above 7.5. Below this pH value, the E1/2 increased by approximate to 57 mV/pH unit at 15 degrees C, suggesting the involvement of a protonatable group with a pK(red) = 7.2 +/- 0.3. Possible functions of Tll0287 as a redox sensor under microaerobic conditions or a cytochrome subunit of an H2S-oxidizing system are discussed in view of the environmental conditions in which psbA2 is expressed, as well as phylogenetic analysis, structural, and sequence homologies.

    DOI: 10.1074/jbc.M116.746263

    Web of Science

    researchmap

  • Large-scale QM/MM calculations of the CaMn4O5 cluster in the S-3 state of the oxygen evolving complex of photosystem II. Comparison between water-inserted and no water-inserted structures 査読

    Mitsuo Shoji, Hiroshi Isobe, Takahito Nakajima, Yasuteru Shigeta, Michihiro Suga, Fusamichi Akita, Jian-Ren Shen, Kizashi Yamaguchi

    FARADAY DISCUSSIONS   198   83 - 106   2017年6月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:ROYAL SOC CHEMISTRY  

    Large-scale QM/MM calculations were performed to elucidate an optimized geometrical structure of a CaMn4O5 cluster with and without water insertion in the S-3 state of the oxygen evolving complex (OEC) of photosystem II (PSII). The left (L)-opened structure was found to be stable under the assumption of no hydroxide anion insertion in the S-3 state, whereas the right (R)-opened structure became more stable if one water molecule is inserted to the Mn4Ca cluster. The optimized Mn-a(4)-Mn-d(1) distance determined by QM/MM was about 5.0 angstrom for the S-3 structure without an inserted hydroxide anion, but this is elongated by 0.2-0.3 angstrom after insertion. These computational results are discussed in relation to the possible mechanisms of O-O bond formation in water oxidation by the OEC of PSII.

    DOI: 10.1039/c6fd00230g

    Web of Science

    researchmap

  • Light-induced structural changes and the site of O=O bond formation in PSII caught by XFEL 査読

    Michihiro Suga, Fusamichi Akita, Michihiro Sugahara, Minoru Kubo, Yoshiki Nakajima, Takanori Nakane, Keitaro Yamashita, Yasufumi Umena, Makoto Nakabayashi, Takahiro Yamane, Takamitsu Nakano, Mamoru Suzuki, Tetsuya Masuda, Shigeyuki Inoue, Tetsunari Kimura, Takashi Nomura, Shinichiro Yonekura, Long-Jiang Yu, Tomohiro Sakamoto, Taiki Motomura, Jing-Hua Chen, Yuki Kato, Takumi Noguchi, Kensuke Tono, Yasumasa Joti, Takashi Kameshima, Takaki Hatsui, Eriko Nango, Rie Tanaka, Hisashi Naitow, Yoshinori Matsuura, Ayumi Yamashita, Masaki Yamamoto, Osamu Nureki, Makina Yabashi, Tetsuya Ishikawa, So Iwata, Jian-Ren Shen

    NATURE   543 ( 7643 )   131 - +   2017年3月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:NATURE PUBLISHING GROUP  

    Photosystem II (PSII) is a huge membrane-protein complex consisting of 20 different subunits with a total molecular mass of 350 kDa for a monomer. It catalyses light-driven water oxidation at its catalytic centre, the oxygen-evolving complex (OEC)(1-3). The structure of PSII has been analysed at 1.9 angstrom resolution by synchrotron radiation X-rays, which revealed that the OEC is a Mn4CaO5 cluster organized in an asymmetric, `distorted-chair' form(4). This structure was further analysed with femtosecond X-ray free electron lasers (XFEL), providing the `radiation damage-free'(5) structure. The mechanism of O=O bond formation, however, remains obscure owing to the lack of intermediate-state structures. Here we describe the structural changes in PSII induced by two-flash illumination at room temperature at a resolution of 2.35 angstrom using time-resolved serial femtosecond crystallography with an XFEL provided by the SPring-8 angstrom compact free-electron laser. An isomorphous difference Fourier map between the two-flash and dark-adapted states revealed two areas of apparent changes: around the QB/non-haem iron and the Mn4CaO5 cluster. The changes around the QB/non-haem iron region reflected the electron and proton transfers induced by the two-flash illumination. In the region around the OEC, a water molecule located 3.5 angstrom from the Mn4CaO5 cluster disappeared from the map upon two-flash illumination. This reduced the distance between another water molecule and the oxygen atom O4, suggesting that proton transfer also occurred. Importantly, the two-flash-minus-dark isomorphous difference Fourier map showed an apparent positive peak around O5, a unique mu 4-oxo-bridge located in the quasi-centre of Mn1 and Mn4 (refs 4,5). This suggests the insertion of a new oxygen atom (O6) close to O5, providing an O=O distance of 1.5 angstrom between these two oxygen atoms. This provides a mechanism for the O=O bond formation consistent with that proposed previously(6,7.)

    DOI: 10.1038/nature21400

    Web of Science

    researchmap

  • Structure and energy transfer pathways of the plant photosystem I-LHCI supercomplex 査読

    Michihiro Suga, Xiaochun Qin, Tingyun Kuang, Jian-Ren Shen

    CURRENT OPINION IN STRUCTURAL BIOLOGY   39   46 - 53   2016年8月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:CURRENT BIOLOGY LTD  

    Photosystem I (PSI) is one of the two photosystems in oxygenic photosynthesis, and absorbs light energy to generate reducing power for the reduction of NADP+ to NADPH with a quantum efficiency close to 100%. The plant PSI core forms a supercomplex with light-harvesting complex I (LHCI) with a total molecular weight of over 600 kDa. Recent X-ray structure analysis of the PSI-LHCI membrane-protein supercomplex has revealed detailed arrangement of the light-harvesting pigments and other cofactors especially within LHCI. Here we introduce the overall structure of the PSI-LHCI supercomplex, and then focus on the excited energy transfer (EET) pathways from LHCI to the PSI core and photoprotection mechanisms based on the structure obtained.

    DOI: 10.1016/j.sbi.2016.04.004

    Web of Science

    researchmap

  • High-resolution native structure analyses of supramacromolecular complexes susceptible to radiation damage 査読

    Hideo Ago, Kunio Hirata, Go Ueno, Masaki Yamamoto, Kyoko Shinzawa-Itoh, Tomitake Tsukihara, Shinya Yoshikawa, Michihiro Suga, Fusamichi Akita, Jian-Ren Shen

    Acta Crystallographica Section A Foundations and Advances   71 ( a1 )   s15 - s15   2015年8月

     詳細を見る

    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:International Union of Crystallography ({IUCr})  

    DOI: 10.1107/s2053273315099751

    researchmap

  • On the guiding principles for lucid understanding of the damage-free S-1 structure of the CaMn4O5 cluster in the oxygen evolving complex of photosystem II 査読

    Mitsuo Shoji, Hiroshi Isobe, Shusuke Yamanaka, Michihiro Suga, Fusamichi Akita, Jian-Ren Shen, Kizashi Yamaguchi

    CHEMICAL PHYSICS LETTERS   627   44 - 52   2015年5月

     詳細を見る

    記述言語:英語   出版者・発行元:ELSEVIER SCIENCE BV  

    Several key concepts and geometrical rules for the Mn-Mn and Mn-O distances of the CaMn4O5 cluster in the oxygen evolving complex (OEC) of photosystem II (PSII) by previous and present theoretical calculations were examined for a clear understanding of the damage-free Si structure revealed by X-ray free electron laser (XFEL). A simple equation to estimate the Mn-a-Mn-b distance in relation to the Mn-a-O(5) distance was derived taking into consideration the Jahn-Teller (JT) effects for Mn centers, indicating that the XFEL structure is regarded as a slightly right-elongated quasi-central structure in contradiction to a right-opened structure proposed by the EXAFS measurements. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.

    DOI: 10.1016/j.cplett.2015.03.033

    Web of Science

    researchmap

  • Structural basis for energy transfer pathways in the plant PSI-LHCI supercomplex 査読

    Xiaochun Qin, Michihiro Suga, Tingyun Kuang, Jian-Ren Shen

    SCIENCE   348 ( 6238 )   989 - 995   2015年5月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:AMER ASSOC ADVANCEMENT SCIENCE  

    Photosynthesis converts solar energy to chemical energy by means of two large pigment-protein complexes: photosystem I (PSI) and photosystem II (PSII). In higher plants, the PSI core is surrounded by a large light-harvesting complex I (LHCI) that captures sunlight and transfers the excitation energy to the core with extremely high efficiency. We report the structure of PSI-LHCI, a 600-kilodalton membrane protein supercomplex, from Pisum sativum (pea) at a resolution of 2.8 angstroms. The structure reveals the detailed arrangement of pigments and other cofactors-especially within LHCI-as well as numerous specific interactions between the PSI core and LHCI. These results provide a firm structural basis for our understanding on the energy transfer and photoprotection mechanisms within the PSI-LHCI supercomplex.

    DOI: 10.1126/science.aab0214

    Web of Science

    researchmap

  • Theoretical studies of the damage- free S-1 structure of the CaMn4O5 cluster in oxygen-evolving complex of photosystem II 査読

    Mitsuo Shoji, Hiroshi Isobe, Shusuke Yamanaka, Michihiro Suga, Fusamichi Akita, Jian-Ren Shen, Kizashi Yamaguchi

    CHEMICAL PHYSICS LETTERS   623   1 - 7   2015年3月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:ELSEVIER SCIENCE BV  

    The structure of the oxygen evolving complex (OEC) of photosystem II (PSII) was recently analyzed by crystallography at 1.95 angstrom resolution using X-ray free electron laser (XFEL), but the positions of hydrogen atoms were not determined. We have examined the XFEL structure theoretically under the assumption off our protonation cases. The spin densities obtained by the high-spin UB3LYP revealed that a partial internal reduction of the high-valent Mn ions in the CaMn4O4X(H2O)(3)Y cluster occurs for the O-(5)(=X) = O2- case, entailing its protonation (X = OH-) in the XFEL structure. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.

    DOI: 10.1016/j.cplett.2015.01.030

    Web of Science

    researchmap

  • Native structure of photosystem II at 1.95 angstrom resolution viewed by femtosecond X-ray pulses 査読

    Michihiro Suga, Fusamichi Akita, Kunio Hirata, Go Ueno, Hironori Murakami, Yoshiki Nakajima, Tetsuya Shimizu, Keitaro Yamashita, Masaki Yamamoto, Hideo Ago, Jian-Ren Shen

    NATURE   517 ( 7532 )   99 - U265   2015年1月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:NATURE PUBLISHING GROUP  

    Photosynthesis converts light energy into biologically useful chemical energy vital to life on Earth. The initial reaction of photosynthesis takes place in photosystem II (PSII), a 700-kilodalton homodimeric membrane protein complex that catalyses photo-oxidation of water into dioxygen through an S-state cycle of the oxygen evolving complex (OEC). The structure of PSII has been solved by X-ray diffraction (XRD) at 1.9 angstrom resolution, which revealed that the OEC is a Mn4CaO5-cluster coordinated by a well defined protein environment(1). However, extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) studies showed that the manganese cations in the OEC are easily reduced by X-ray irradiation(2), and slight differences were found in the Mn-Mn distances determined by XRD1, EXAFS(3-7) and theoretical studies(8-14). Here we report a 'radiation-damage-free' structure of PSII from Thermosynechococcus vulcanus in the S-1 state at a resolution of 1.95 angstroms using femtosecond X-ray pulses of the SPring-8 angstrom compact free-electron laser (SACLA) and hundreds of large, highly isomorphous PSII crystals. Compared with the structure from XRD, the OEC in the X-ray free electron laser structure has Mn-Mn distances that are shorter by 0.1-0.2 angstroms. The valences of each manganese atom were tentatively assigned as Mn1D(III), Mn2C(IV), Mn3B(IV) and Mn4A(III), based on the average Mn-ligand distances and analysis of the Jahn-Teller axis on Mn(III). One of the oxo-bridged oxygens, O5, has significantly longer distances to Mn than do the other oxo-oxygen atoms, suggesting that O5 is a hydroxide ion instead of a normal oxygen dianion and therefore may serve as one of the substrate oxygen atoms. These findings provide a structural basis for the mechanism of oxygen evolution, and we expect that this structure will provide a blueprint for the design of artificial catalysts for water oxidation.

    DOI: 10.1038/nature13991

    Web of Science

    researchmap

  • Crystal structure at 1.5 angstrom resolution of the PsbV2 cytochrome from the cyanobacterium Thermosynechococcus elongatus 査読

    Michihiro Suga, Thanh-Lan Lai, Miwa Sugiura, Jian-Ren Shen, Alain Boussac

    FEBS LETTERS   587 ( 19 )   3267 - 3272   2013年10月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:WILEY  

    PsbV2 is a c-type cytochrome present in a very low abundance in the thermophilic cyanobacterium Thermosynechococcus elongatus. We purified this cytochrome and solved its crystal structure at a resolution of 1.5 angstrom. The protein existed as a dimer in the crystal, and has an overall structure similar to other c-type cytochromes like Cytc(6) and Cytc(550), for example. However, the 5th and 6th heme iron axial ligands were found to be His51 and Cys101, respectively, in contrast to the more common bis-His or His/Met ligands found in most cytochromes. Although a few other c-type cytochromes were suggested to have this axial coordination, this is the first crystal structure reported for a c-type heme with this unusual His/Cys axial coordination. Previous spectroscopic characterizations of PsbV2 are discussed in relation to its structural properties. (C) 2013 Federation of European Biochemical Societies. Published by Elsevier B. V. All rights reserved.

    DOI: 10.1016/j.febslet.2013.08.023

    Web of Science

    researchmap

  • Crystal Structure of Psb31, a Novel Extrinsic Protein of Photosystem II from a Marine Centric Diatom and Implications for Its Binding and Function 査読

    Ryo Nagao, Michihiro Suga, Ayako Niikura, Akinori Okumura, Faisal Hammad Mekky Koua, Takehiro Suzuki, Tatsuya Tomo, Isao Enami, Jian-Ren Shen

    BIOCHEMISTRY   52 ( 38 )   6646 - 6652   2013年9月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:AMER CHEMICAL SOC  

    Psb31 is a fifth extrinsic protein found in photosystem II (PSII) of a centric diatom, Chaetoceros gracilis. The protein has been shown to bind directly to PSII in the absence of other extrinsic proteins and serves in part as a substitute for PsbO in supporting oxygen evolution. We report here the crystal structure of Psb31 at a resolution of 1.55 angstrom. The structure of Psb31 was composed of two domains, one major, N-terminal four helical domain and one minor, flexible C-terminal domain. The four helices in the N-terminal domain were arranged in an up down-up-down-fold, which appeared unexpectedly to be similar to the structure of spinach PsbQ in spite of their low sequence homology. This suggests that the centric diatom PSII contains another PsbQ- type extrinsic protein in addition to the original PsbQ protein found in the organism. On the other hand, the C-terminal domain of Psb31 has a unique structure composed of one loop and one short helix. Based on these structural analysis and chemical cross-linking experiments, residues responsible for the binding of Psb31 to PSII intrinsic proteins were suggested. The results are discussed in relation to the copy number of extrinsic proteins in higher plant PSII.

    DOI: 10.1021/bi400770d

    Web of Science

    researchmap

  • Distinguishing between Cl- and O-2(2-) as the bridging element between Fe3+ and Cu2+ in resting-oxidized cytochrome c oxidase 査読

    Michihiro Suga, Naomine Yano, Kazumasa Muramoto, Kyoko Shinzawa-Itoh, Tomoko Maeda, Eiki Yamashita, Tomitake Tsukihara, Shinya Yoshikawa

    ACTA CRYSTALLOGRAPHICA SECTION D-BIOLOGICAL CRYSTALLOGRAPHY   67   742 - 744   2011年8月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:WILEY-BLACKWELL  

    Fully oxidized cytochrome c oxidase (CcO) under enzymatic turnover is capable of pumping protons, while fully oxidized CcO as isolated is not able to do so upon one-electron reduction. The functional difference is expected to be a consequence of structural differences: [Fe3+-OH-] under enzymatic turnover versus [Fe3+-O-2(2-)-Cu2+] for the as-isolated CcO. However, the electron density for O-2(2-) is equally assignable to Cl-. An anomalous dispersion analysis was performed in order to conclusively demonstrate the absence of Cl- between the Fe3+ and Cu2+. Thus, the peroxide moiety receives electron equivalents from cytochrome c without affecting the oxidation states of the metal sites. The metal-site reduction is coupled to the proton pump.

    DOI: 10.1107/S0907444911022803

    Web of Science

    researchmap

  • Structural insight into maintenance methylation by mouse DNA methyltransferase 1 (Dnmt1) 査読

    Kohei Takeshita, Isao Suetake, Eiki Yamashita, Michihiro Suga, Hirotaka Narita, Atsushi Nakagawa, Shoji Tajima

    PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA   108 ( 22 )   9055 - 9059   2011年5月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:NATL ACAD SCIENCES  

    Methylation of cytosine in DNA plays a crucial role in development through inheritable gene silencing. The DNA methyltransferase Dnmt1 is responsible for the propagation of methylation patterns to the next generation via its preferential methylation of hemimethylated CpG sites in the genome; however, how Dnmt1 maintains methylation patterns is not fully understood. Here we report the crystal structure of the large fragment (291-1620) of mouse Dnmt1 and its complexes with cofactor S-adenosyl-L-methionine and its product S-adenosyl-L-homocystein. Notably, in the absence of DNA, the N-terminal domain responsible for targeting Dnmt1 to replication foci is inserted into the DNA-binding pocket, indicating that this domain must be removed for methylation to occur. Upon binding of S-adenosyl-L-methionine, the catalytic cysteine residue undergoes a conformation transition to a catalytically competent position. For the recognition of hemimethylated DNA, Dnmt1 is expected to utilize a target recognition domain that overhangs the putative DNA-binding pocket. Taking into considerations the recent report of a shorter fragment structure of Dnmt1 that the CXXC motif positions itself in the catalytic pocket and prevents aberrant de novo methylation, we propose that maintenance methylation is a multistep process accompanied by structural changes.

    DOI: 10.1073/pnas.1019629108

    Web of Science

    researchmap

  • A description of the structural determination procedures of a gap junction channel at 3.5 angstrom resolution 査読

    Michihiro Suga, Shoji Maeda, So Nakagawa, Eiki Yamashita, Tomitake Tsukihara

    ACTA CRYSTALLOGRAPHICA SECTION D-BIOLOGICAL CRYSTALLOGRAPHY   65   758 - 766   2009年8月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:WILEY-BLACKWELL  

    Intercellular signalling is an essential characteristic of multicellular organisms. Gap junctions, which consist of arrays of intercellular channels, permit the exchange of ions and small molecules between adjacent cells. Here, the structural determination of a gap junction channel composed of connexin 26 (Cx26) at 3.5 angstrom resolution is described. During each step of the purification process, the protein was examined using electron microscopy and/or dynamic light scattering. Dehydration of the crystals improved the resolution limits. Phase refinement using multi-crystal averaging in conjunction with noncrystallographic symmetry averaging based on strictly determined noncrystallographic symmetry operators resulted in an electron-density map for model building. The amino-acid sequence of a protomer structure consisting of the amino-terminal helix, four transmembrane helices and two extracellular loops was assigned to the electron-density map. The amino-acid assignment was confirmed using six selenomethionine (SeMet) sites in the difference Fourier map of the SeMet derivative and three intramolecular disulfide bonds in the anomalous difference Fourier map of the native crystal.

    DOI: 10.1107/S0907444909014711

    Web of Science

    researchmap

  • Structure of the connexin 26 gap junction channel at 3.5 A resolution. 査読 国際誌

    Shoji Maeda, So Nakagawa, Michihiro Suga, Eiki Yamashita, Atsunori Oshima, Yoshinori Fujiyoshi, Tomitake Tsukihara

    Nature   458 ( 7238 )   597 - 602   2009年4月

     詳細を見る

    記述言語:英語  

    Gap junctions consist of arrays of intercellular channels between adjacent cells that permit the exchange of ions and small molecules. Here we report the crystal structure of the gap junction channel formed by human connexin 26 (Cx26, also known as GJB2) at 3.5 A resolution, and discuss structural determinants of solute transport through the channel. The density map showed the two membrane-spanning hemichannels and the arrangement of the four transmembrane helices of the six protomers forming each hemichannel. The hemichannels feature a positively charged cytoplasmic entrance, a funnel, a negatively charged transmembrane pathway, and an extracellular cavity. The pore is narrowed at the funnel, which is formed by the six amino-terminal helices lining the wall of the channel, which thus determines the molecular size restriction at the channel entrance. The structure of the Cx26 gap junction channel also has implications for the gating of the channel by the transjunctional voltage.

    DOI: 10.1038/nature07869

    Web of Science

    PubMed

    researchmap

  • S11.17 A peroxide bridge between the two metals in the dinuclear center of the fully oxidized cytochrome c oxidase 査読

    Hiroshi Aoyama, Kazumasa Muramoto, Kunio Hirata, Michihiro Suga, Eiki Yamashita, Kyoko Shinzawa-Itoh, Takashi Ogura, Tomitake Tsukihara, Shinya Yoshikawa

    Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics   1777   S69   2008年7月

     詳細を見る

    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier {BV}  

    DOI: 10.1016/j.bbabio.2008.05.272

    researchmap

  • Structure of Physarum polycephalum cytochrome b(5) reductase at 1.56 angstrom resolution 査読

    Kim Sangwoo, Suga Michihiro, Ogasahara Kyoko, Ikegami Terumi, Minami Yoshiko, Yubisui Toshitsugu, Tsukihara Tomitake

    ACTA CRYSTALLOGRAPHICA SECTION F-STRUCTURAL BIOLOGY COMMUNICATIONS   63   274 - 279   2007年4月

▼全件表示

書籍等出版物

  • 光エネルギー変換における分子触媒の新展開 : 天然光合成を凌駕する反応系の構築を目指して

    日本化学会( 担当: 共著 ,  範囲: 光合成光化学系IIの構造と触媒機能)

    化学同人  2020年9月  ( ISBN:9784759813982

     詳細を見る

    総ページ数:v, 176p, 図版 [4] p   記述言語:日本語

    CiNii Books

    researchmap

MISC

  • 近未来の構造生物学

    菅 倫寛

    62 ( 4 )   238 - 240   2020年12月

     詳細を見る

  • X線自由電子レーザーを利用した光化学系IIの原子構造と水分解反応機構の解明

    菅 倫寛, 秋田 総理, 沈 建仁

    レーザー学会誌「レーザー研究」   45 ( 8 )   475 - 479   2017年

     詳細を見る

  • 光合成水分解・酸素発生反応の構造基盤

    秋田総理, 菅倫寛, 沈建仁

    日本生化学会誌   89   699 - 709   2017年

  • フェムト秒X線レーザーを用いて決定した光化学系II複合体の無損傷構造

    菅 倫寛, 秋田 総理, 沈 建仁, 山本 雅貴, 吾郷 日出夫

    日本結晶学会誌   58 ( 3 )   126 - 132   2016年

     詳細を見る

  • 光合成の構造生物学

    沈 建仁, 秋田 総理, 菅 倫寛

    生物物理   56 ( 2 )   79 - 86   2016年

     詳細を見る

  • Two new C-type cytochromes found in cyanobacteria: Tll0287 and PsbV2

    Thanh-Lan Lai, Miwa Sugiura, Michihiro Suga, Jian-Ren Shen, Alain Boussac

    JOURNAL OF BIOLOGICAL INORGANIC CHEMISTRY   19   S838 - S838   2014年8月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(国際会議)   出版者・発行元:SPRINGER  

    Web of Science

    researchmap

  • High resolution X-ray diffraction experiment of bovine cytochrome c oxidase

    Michihiro Suga, Kyoko Ito-Shinzawa, Hiroshi Aoyama, Kazumasa Muramoto, Eiki Yamashita, Shinya Yoshikawa, Tomitake Tsukihara

    BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA-BIOENERGETICS   1777   S68 - S68   2008年7月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(国際会議)   出版者・発行元:ELSEVIER SCIENCE BV  

    DOI: 10.1016/j.bbabio.2008.05.268

    Web of Science

    researchmap

▼全件表示

講演・口頭発表等

  • An open-cubane oxyl/oxo mechanism for O=O bond formation in photosystem II revealed by X-ray free electron laser pulses

    菅倫寛, 秋田総理, 山本雅貴, 吾郷日出夫, 沈建仁

    第61回日本植物生理学会年会(新型コロナウイルスにより中止)  2020年3月19日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2020年3月19日

    会議種別:ポスター発表  

    researchmap

  • X線自由電子レーザーによって明らかになった光合成光化学系IIの水分解反応 招待

    菅倫寛, 中島芳樹, 秋田総理, 沈建仁

    2020年12月4日 

     詳細を見る

    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

    researchmap

  • X-ray free electron lasers reveal the molecular mechanism for water oxidation in photosystem II 招待

    Michihiro Suga

    11th International workshop on X-ray radiation damage to biological samples – RD11, online  2020年10月14日 

     詳細を見る

    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

    researchmap

  • 結晶構造から紐解く光合成の酸素発生の反応機構 招待

    菅倫寛

    第60回生物物理若手の会夏の学会(オンライン)、メインセミナーIII  2020年8月25日 

     詳細を見る

    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

    researchmap

  • Intermediate Si-state structures of photosystem II reveal the nature’s molecular mechanism for water oxidation. 招待

    菅 倫寛

    The 11th Inthernational workshop on X-ray damage to biological samples (RD11): Postponed due to Covid-2019  2020年3月25日 

     詳細を見る

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

    researchmap

  • An open-cubane oxyl/oxo mechanism for O=O bond formation in photosynthetic photosystem II revealed by X-ray free laser pulses. 招待

    菅 倫寛

    16th Conference of the Asian Crystallographic Association  2019年12月17日 

     詳細を見る

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

    researchmap

  • Structure of the green algal Photosystem I-Light hearvesting complex I supercomplex 招待

    菅 倫寛

    NIPS EM Workshop  2019年11月26日 

     詳細を見る

  • Intermediate Si-state structures of photosystem II reveal the molecular mechanism for water oxidation in nature 招待

    菅 倫寛

    3rd International Solar Fuels Conference (keynote lecture)  2019年11月24日 

     詳細を見る

  • X-ray free electron laser reveals the molecular mechanism for water oxidation in nature 招待

    菅 倫寛

    International Workshop on Frontier of Science and Technology for Solar Energy Conversion  2019年11月5日 

     詳細を見る

  • Structural changes of oxygen-evoving PSII during S-state transitions and a possible mechaniism for oxygen evolving reaction revealed by X-ray free electron laser pulses 招待

    菅 倫寛

    2019 ESP-IUPB world congress  2019年8月25日 

     詳細を見る

  • 2019 ESP-IUPB world congress 招待

    菅 倫寛

    Joint Annual Meeting of 71st JSCB & 19th PSSJ  2019年6月24日 

     詳細を見る

  • Crystal structure of PSII in the intermediate states and possible mechanism for the O=O bond formation. 招待

    Michi Suga

    第56回日本生物物理学会年会(招待講演)  2018年9月17日 

     詳細を見る

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    researchmap

  • Structure of oxygen evolving photosystem II and possible mechanism for the O=O bond formation. 招待

    菅 倫寛

    SACLA Users' Meeting 2018 (Invited talk)  2018年9月7日 

     詳細を見る

    記述言語:英語  

    researchmap

  • The 1st SACLA Workshop on Femtosecond Crystallography 招待

    菅 倫寛

    The 1st SACLA Workshop on Femtosecond Crystallography  2015年3月26日 

     詳細を見る

    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

    researchmap

▼全件表示

受賞

  • 日本光生物学協会奨励賞

    2020年8月   日本光生物学協会  

    菅 倫寛

     詳細を見る

  • 日本植物生理学会奨励賞

    2017年3月   日本植物生理学会  

    菅 倫寛

     詳細を見る

  • 岡山大学若手トップリサーチャー学長表彰

    2017年  

    菅 倫寛

     詳細を見る

  • 文部科学大臣表彰 若手科学者賞

    2016年4月   文部科学省  

    菅 倫寛

     詳細を見る

  • 岡山大学学長奨励賞

    2016年  

    菅 倫寛

     詳細を見る

  • 日本生物物理学会若手奨励賞

    2015年   日本生物物理学会  

    菅 倫寛

     詳細を見る

  • 日本蛋白質科学会若手奨励賞優秀賞

    2015年   日本蛋白質科学会  

    菅 倫寛

     詳細を見る

  • 日本結晶学会進歩賞

    2015年   日本結晶学会  

    菅 倫寛

     詳細を見る

  • アジア結晶学会若手奨励賞

    2009年   アジア結晶学会  

    菅 倫寛

     詳細を見る

▼全件表示

共同研究・競争的資金等の研究

  • 光合成膜タンパク質のフェムト秒時間分解能での構造ダイナミクス

    研究課題/領域番号:17H05884  2017年04月 - 2019年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型)  新学術領域研究(研究領域提案型)

    菅 倫寛

      詳細を見る

    配分額:13000000円 ( 直接経費:10000000円 、 間接経費:3000000円 )

    光化学系IIは光駆動の水分子の分解反応とそれに伴う分子状酸素の発生を行う,分子量70万にもおよぶ巨大な膜タンパク質複合体である。本研究では光化学系IIを中心とする巨大な光合成膜タンパク質複合体を対象として、光による励起後の構造変化をフェムト秒時間分解能で明らかにすることを目指している。研究代表者らはとくに光化学系IIの水分解・酸素発生の反応機構における原子基盤を明らかにすることを目的としてX線自由電子レーザーを用いた構造解析を行ってきた。これまでに反応開始状態に相当するS1状態および反応中間体に相当するS3状態を構造解析することに成功したので、この研究基盤を用いて光励起後の時間経過に伴う構造変化を捉えることを試みている。H30年度は結晶サンプルの調製方法を改良し大型化することで比較的簡便に結晶サンプルを供給する方法を確立することをめざした。なお、結晶化されたサンプルの観察およびその品質を迅速に評価する方法が必要であることを実感したので、新たに結晶観察装置などを購入した。最終的に,4点の多点測定が可能な量の結晶サンプルが供給できるようになったが,この方法で調製した結晶サンプルは分解能および同型性ともに従来の方法と比べて良くないことが判明している。従って,サンプルの供給方法は継続して改善する必要がある。研究課題は最終年度ではあるが,これからも根気強く精製スケールの大型化と回折データの改善を行って詳細な構造解析を完結させ、反応機構の詳細を明らかにして論文発表したい。さらに本研究課題で開発された構造解析手法を今後は他の光合成膜タンパク質にもこの手法を適用して構造解析を行うことを予定している。本年度は他の光合成膜タンパク質の一つであるFCPタンパク質の精製,結晶化,構造解析に成功したのでこれを論文発表した。

    researchmap

  • 作物のミネラル輸送システムの統合解析

    研究課題/領域番号:16H06296  2016年04月 - 2021年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 特別推進研究  特別推進研究

    馬 建鋒, 山地 直樹, 宮地 孝明, 三谷 奈見季, 横正 健剛, 菅 倫寛, 櫻井 玄

      詳細を見る

    配分額:536250000円 ( 直接経費:412500000円 、 間接経費:123750000円 )

    独自な膜小胞アッセイ法を用いて、幾つかミネラル輸送体の輸送基質を同定した。イネのアルミニウム耐性に関わる転写因子ART2を同定した。ART2を破壊すると、イネのアルミニウム耐性が低下したが、そのアルミニウム耐性への寄与はART1ほど大きくなかった。またART2はART1による制御を受けず、下流に異なる遺伝子を制御していた。オオムギのアルミニウム耐性遺伝子HvAACT1の発現制御機構を調べたところ、上流に少なくとも15.5kbの挿入が関与していることが分かった。またこの挿入の脱メチル化が遺伝子発現の向上に関与することを突き止めた。さらにアルミニウム耐性遺伝子OsFRDL4の発現制御に転写因子WRKY 22が関与することを突き止めた。
    輸送体遺伝子OsNIP1;1とOsNIP3;3をイネに過剰発現させると、イネのヒ素集積が大幅に低下した。また節で発現するABCC1遺伝子を特異的なプロモーター制御下に発現させると、種子中のヒ素濃度が有意に減少した。
    ソバからアルミニウム耐性に関わる輸送体遺伝子FeSTAR1とFeSTAR2を同定した。両遺伝によってコードされたタンパク質は複合体を形成し、ABC輸送体として機能することを明らかにした。
    作物のミネラル輸送体(ケイ酸輸送体、カドミウム輸送体、亜鉛輸送体、アニオン性小分子輸送体)の昆虫細胞を用いた大量発現・精製・結晶化と機能解析を行った。ケイ酸輸送体は昨年度に得られた結晶の条件を改善してX線結晶構造解析により立体構造を決定できた。得られた結晶構造からケイ酸輸送に関わる構造基盤を変異導入と機能解析によって明らかにした。重原子輸送体とアニオン性小分子輸送体について結晶化に十分な量と純度の試料を得ることができた。
    去年度までに完成させたミネラルの輸送に関する細胞スケールの3次元モデルと作物全体スケールのモデルを融合させ、ハイブリッドスケールモデルを開発した。

    researchmap

  • X線自由電子レーザーを用いた光化学系IIの反応中間体の構造解析

    研究課題/領域番号:16H06162  2016年04月 - 2019年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 若手研究(A)  若手研究(A)

    菅 倫寛, 沈 建仁

      詳細を見る

    配分額:24570000円 ( 直接経費:18900000円 、 間接経費:5670000円 )

    光化学系II(PSII)の酸素発生複合体(OEC)の構造は高分解能で解析されている。しかし、 水分解反応の中間体状態に相当する構造は原子分解能では解析されておらず、反応機構への理解は限定的である。研究代表者らはPSIIの微小結晶を用いて、二閃光照射により励起させたPSIIの反応中間体S3状態を調製し、XFELを用いて構造を2.35A分解能で決定した。S1状態との差の電子密度より光励起によって起こる構造変化を確認した。OECの周辺では、これまで基質の候補とされていたオキソ酸素の一つであるO5近辺への新しい水分子O6の挿入が確認されたことからO5とO6がO=O結合を形成する反応機構を提唱した。

    researchmap

  • 時分割シリアルフェムト秒構造解析法の開発と光化学系II複合体への適用

    研究課題/領域番号:15H01642  2015年04月 - 2017年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型)  新学術領域研究(研究領域提案型)

    菅 倫寛

      詳細を見る

    配分額:5980000円 ( 直接経費:4600000円 、 間接経費:1380000円 )

    光化学系IIは光駆動の水分子の酸化と酸素分子の発生を担う、分子量70万の巨大な膜タンパク質複合体である。この水分解・酸素発生の反応機構における原子基盤を明らかにすることは、生物の基本現象を明らかにするのみでなく、エネルギー問題や環境問題を解決する可能性があり、人工光合成研究にも大きく貢献することが期待される。
    初年度より光化学系IIの水分解の反応の解明をめざし、反応中間体状態を解析可能なX線自由電子レーザーをもちいたシリアルフェムト秒結晶学の開発と光化学系IIのサンプルの条件検討を行ってきた。本年度はサンプルかの回折分解能を大幅に改善する事に成功した。その結果、X線自由電子レーザー施設SACLAを用いて、サイズが100um程度の非凍結の小さな結晶に対し室温にて閃光を二発照射してS3状態へと励起させた回折データを収集して、2.35A分解能で構造解析した。構造解析の結果、S1状態からS3状態への遷移にともない、Mn原子の動きと周辺の配位子の構造変化がみられた。さらにMnクラスターからの水分子を含む水素結合ネットワークが分断されるとともに、酸素発生する触媒部分に新たな水分子に相当する電子密度の挿入が確認された。これにより酸素が発生する直前の構造を明らかにし、この新たな水分子が基質となる反応機構を提唱した。またMnクラスターだけでなく、電子授与体側においても構造変化を確認した。これらの成果は論文発表した。

    researchmap

  • 超高輝度極端パルスXFEL光を用いた光化学系II複合体の無損傷結晶構造解析

    研究課題/領域番号:26840023  2014年04月 - 2016年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 若手研究(B)  若手研究(B)

    菅 倫寛

      詳細を見る

    配分額:4160000円 ( 直接経費:3200000円 、 間接経費:960000円 )

    光化学系IIの結晶構造は放射線損傷を受けていることが指摘されていた。そこでSACLAのX線自由電子レーザー(XFEL)と何百の巨大で同型な結晶を用いてS1状態における無損傷構造を1.95A分解能で解析した。XFELによって決定したOECではMn-Mn原子間の距離がこれまでの結晶構造よりも0.1-0.2A短くなっていた。構造にもとづき,水分解反応の開始状態では酸素発生中心を構成するMnの価数はMn1が+3,Mn2が+4,Mn3が+4,Mn4が+3であることを明らかにした。これらの結果は水分解の反応機構を解明するための構造基盤を提供し, 水分解の人工触媒合成のための設計図ともなり得ると期待される。

    researchmap

  • 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

    研究課題/領域番号:08J06358  2008年 - 2009年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 特別研究員奨励費  特別研究員奨励費

    菅 倫寛

      詳細を見る

    配分額:1200000円 ( 直接経費:1200000円 )

    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。

    researchmap

▼全件表示

 

担当授業科目

  • Basic Biology (2021年度) 第3学期  - 木3~4

  • Basic Biology (2021年度) 第3学期  - 木3~4

  • タンパク質結晶学 (2021年度) 前期  - 火3,火4

  • 基礎生物学実験 (2021年度) 夏季集中  - その他

  • 基礎生物学実験 (2021年度) 夏季集中  - その他

  • 学際基礎科学概論1 (2021年度) 前期  - 水1,水2

  • 学際基礎科学概論2 (2021年度) 前期  - 水1,水2

  • 教養生物学(動植物) (2021年度) 第1学期  - 金1~2

  • 構造生物学演習 (2021年度) 通年  - その他

  • 構造生物学特論 (2021年度) 前期  - その他

  • 生化学ⅢA (2021年度) 第1学期  - 金3,金4

  • 生化学 ⅢB (2021年度) 第2学期  - 金3,金4

  • Basic Biology (2020年度) 第3学期  - 木3,木4

  • タンパク質結晶学 (2020年度) 前期  - 火3,火4

  • 学際基礎科学概論1 (2020年度) 前期  - 水1,水2

  • 教養生物学(動植物) (2020年度) 第1学期  - 金1,金2

  • 構造生物学演習 (2020年度) 前期

  • 構造生物学演習 (2020年度) 通年  - その他

  • 構造生物学特論 (2020年度) 前期  - その他

  • 生化学ⅢA (2020年度) 第1学期  - 金3,金4

  • 生化学 ⅢB (2020年度) 第2学期  - 金3,金4

▼全件表示