Netsu Sokutei, 35 (3), p. 117, (2008)



Thermostability and Redox Activity of Cytochrome c

電子伝達タンパク質における酸化還元電位(Em)調節の分子機構の解明は,基礎科学的かつ実用的観点から重要な研究課題である。ヒスチジン側鎖のイミダゾール環窒素原子とメチオニン側鎖の硫黄原子を軸配位子としてもつヘムを活性中心に一つ含むシトクロムcは,最も詳しく研究されている電子伝達タンパク質である。相同タンパク質である好熱性水素細菌Hydrogenobacter thermophilusのシトクロムc552(HT)と緑膿菌Pseudomonas aeruginosaのシトクロムc551(PA)は,立体構造が類似しているにもかかわらず,HTの方がPAよりもはるかに熱安定性が高いなど,タンパク質の安定性に関して対照的な性質を示す。HTのアミノ酸配列を手本にして,PAのアミノ酸残基をHTでの対応する残基に置換したPA変異体では,PAとHTの中間の熱安定性を示すことが実証された。さらに,酸化型で熱安定性が高いタンパク質程,低いEmを示すことが明らかになった。これらの知見は,シトクロムcの機能調節の分子機構の解明に寄与すると共に,タンパク質工学的手法によりシトクロムcのEmを調節する際の分子設計指針としても有用である。
Understanding the molecular mechanisms responsible for regulation of the redox potentials (Em) of proteins is a problem of immense fundamental and practical importance. Cytochromes c (cyts c), in which heme Fe is coordinated to His side chain imidazole N and Met side chain S atoms as axial ligands at the redox center, are some of the best characterized redox active proteins. Homologous cyts c, thermophilic Hydrogenobacter thermophilus cytochrome c552 (HT) and mesophilic Pseudomonas aeruginosa cytochrome c551 (PA), exhibit a unique thermodynamic property such that, despite their structural similarity, HT is significantly more stable than PA. Site-directed mutants of PA, for which amino acid substitutions were selected with reference to the corresponding residues in HT, exhibited thermostabilities between those of PA and HT. Furthermore, we found that cyt c with higher stability in its oxidized form exhibits a lower Em value. This finding provides novel insights into the functional regulation of cyts c, which could be utilized for tuning the Em value of the proteins by means of protein engineering.