アンモニアモノオキシゲナーゼ活性部位におけるCu_CおよびCu_Dの同時占有

科学分野:

• 生化学および構造生物学
• 環境微生物学
• バイオテクノロジー

背景:

• アンモニアモノオキシゲナーゼ（AMO）は、硝化における律速段階を触媒する重要な銅依存性酵素であり、地球規模の窒素循環に不可欠である。
• AMOの構造研究は、細菌の増殖が遅く酵素が不安定なため困難であり、その相同体である粒子状メタンモノオキシゲナーゼ（pMMO）に遅れをとっていた。
• 以前の構造では隣接する銅部位（CuCおよびCuD）が明らかになったが、同時占有は決して観察されず、それらの機能的相互作用は不明のままだった。

研究 の 目的:

• *Nitrosospira briensis* C-128由来のAMOの高分解能クライオ電子顕微鏡（cryoEM）構造を、そのネイティブ膜環境で決定すること。
• CuCおよびCuD活性部位の同時銅占有と、ペリプラズムCuB部位の役割を調査すること。
• AMO機能とその膜脂質との相互作用の構造基盤を解明すること。

主な方法:

• 2.6Å分解能での高分解能クライオ電子顕微鏡（cryoEM）。
• *Nitrosospira briensis* C-128由来のネイティブ膜中のAMOの単離。
• 銅イオンの状態を特徴付けるための電子常磁性共鳴（EPR）分光法。

主要な成果:

• 本研究は、CuCおよびCuD部位における同時銅占有と、CuB部位に結合したアンモニアモノオキシゲナーゼ（AMO）の初のクライオEM構造を報告する。
• EPRデータは、CuBに主にCu(II)が、CuCおよびCuDに常磁性イオン（おそらくCu(I)）が存在することを示唆している。
• 脂質分子がCuCおよびCuD部位間に結合しているのが観察され、約8.0Å離れており、酵素構造または機能における役割を示唆している。

結論:

• 脂質分子によって隔てられたCuCおよびCuD部位の同時占有は、AMOの活性部位構成に関する新たな洞察を提供する。
• 異なる種にわたるネイティブ膜環境でのAMOの研究は、保存された構造的特徴と分岐した構造的特徴を理解するために不可欠である。
• これらの発見は、窒素循環の理解を進め、バイオテクノロジー応用における潜在的な標的を提供する。