ブックタイトル日本結晶学会誌Vol57No5

概要

日本結晶学会誌Vol57No5

日本結晶学会誌 第57巻 第5号（2015） 297日本結晶学会誌 57，297-303（2015）最近の研究から1．はじめにシアノバクテリアや植物のような光合成生物は，細胞内にビリン色素と呼ばれる光を集める色素をもっている．そのビリン色素を分子内にもつタンパク質のいくつかは，シアノバクテリアなどでは光合成，高等植物では開花や紅葉・落葉などをコントロールするシグナル伝達の役割を担う．フィコシアノビリン（PCB）はその両方に使われる重要なビリン色素の1 つである．PCBはヘム分解産物であるビリベルジン（BV）から，フェレドキシンにより供給される電子を使って酵素PcyAにより合成される．1）PcyAはまずBVのD環ビニル基を還元し，18 エチルビリベルジン（18EtBV）を生成する．その後，18EtBVのA環を還元し，フィコシアノビリン（PCB）を合成する．それぞれのステップで2電子ずつ（計4電子）使い，2つずつのH+（計4 つのH+）が付加される．その還元順序は変わることなく，必ずD環ビニル基の還元がA環の還元に先立つ（図1）．中性子結晶構造解析で明らかになったビリン還元酵素PcyA基質複合体の2 つの水素化状態と構造的特徴茨城大学大学院理工学研究科　海野昌喜久留米大学医学部　杉島正一宮崎大学テニュアトラック推進機構　和田　啓久留米工業高等専門学校　萩原義徳茨城大学フロンティア応用原子科学研究センター　日下勝弘日本原子力研究開発機構　玉田太郎大阪大学大学院工学研究科　福山恵一Masaki UNNO, Masakazu SUGISHIMA, Kei WADA, Yoshinori HAGIWARA, KatsuhiroKUSAKA, Taro TAMADA and Keiichi FUKUYAMA: Two Protonation States andStructural Features of a Bilin Reductase PcyA Revealed by Neutron CrystallographyBilin compounds are fundamentally important for oxygenic photosynthetic organisms, becausethey are utilized as pigments for photosynthesis（phycobilins）and photoreceptors（phytochromobilin）.Phycocyanobilin（PCB）, a phycobilin, comprises the chromophore of algal phytochromes and the corephycobiliprotein antennae of cyanobacteria and red algae. PCB is biosynthesized by a member of theferredoxin-dependent bilin reductase family, phycocyanobilin:ferredoxin oxidoreductase（PcyA）. Inthe present study, we determined the neutron crystal structure of PcyA in complex with its substratebiliverdin（BV）. This neutron structure revealed the protonation state of BV and the surroundingresidues. We found that two forms of BV, neutral BV and protonated BVH+, were coupled with the twoconformation/protonation states of the essential residue Asp105. Further, His88 and His74 near BVwere singly protonated and were connected with an intervening hydronium ion. Neutron analysis alsorevealed how X-ray irradiation of the PcyA-BV crystal altered the structure of the PcyA-BV complex.図1 PcyAにより触媒される反応．（ The reactions catalyzedby PcyA.）PcyAは，まず，ヘム分解産物であるビリベルジン（BV）のD環ビニル基を還元し，中間体として18 エチルビリベルジン（18EtBV）を生成し，続いてそのA環を還元してフィコシアノビリン（PCB）を生成する．電子はフェレドキシンから受け取る．