The 1.3 structure of copper nitrite reductase from thermophilic denitrifer

好熱性脱窒細菌由来銅型亜硝酸還元酵素の1.3分解能構造

福田 庸太*; 玉田 太郎; 高見 英人*; 井上 豪*; 野尻 正樹

Fukuda, Yota*; Tamada, Taro; Takami, Hideto*; Inoue, Tsuyoshi*; Nojiri, Masaki

脱窒菌は、嫌気呼吸のひとつで硝酸イオン(NO)を窒素分子(N)にまで段階的に還元する脱窒(NONONONON)を行う微生物の総称である。脱窒過程は土壌や水中の窒素を大気に返す唯一の生物的機構であり、地球上の物質循環において非常に重要である。脱窒過程の各段階のうち、亜硝酸イオン(NO)を一酸化窒素(NO)へと還元する反応は、最初にイオンが気体に変換される反応であり特に重要であるが、この反応を触媒する酵素が銅型亜硝酸還元酵素(CuNIR)である。われわれは好熱性脱窒細菌 HTA426由来のCuNIR(NIR)の1.3分解能でのX線構造解析に成功した。NIRは他のCuNIRと同様にホモ三量体構造を形成し、サブユニットあたりに2つの銅イオンを含んでいることを確認したが、他のCuNIRには見られない新規なヘリックス構造がN末端側に存在することも併せて明らかにした。速度論的解析結果を加味すると、この新規なヘリックス構造が生理的電子供与体との電子移動反応において種特異的な分子認識機構に関与すると考えられた。

Denitrification is known as anaerobic respiration in which nitrogenous compounds (NO or NO) are used as terminal electron acceptors. Copper-containing nitrite reductase (CuNIR) catalyzes the one electron reduction of nitrite to nitric oxide (NO), which is the key step in the denitrification pathway. Here, we report the structure analysis of CuNIR from thermophilic HTA426(NIR) at 1.3 resolution. NIR folds a homo-trimeric structure, having two copper binding sites per a monomeric unit as well as other CuNIRs. There are main characteristics of NIR in two loops (tower loop and extra loop regions) and the N-terminal region. The additional N-terminal -helix is positioned in the vicinity of the tower loop. These characteristic structures found in NIR structure suggest evolutionary diversity of CuNIR and play a key role in functioning in the particular environment where inhabits.