顔写真

タジマ　ゲンイチ
田嶋　玄一
Genichi Tajima
所属
高度教養教育・学生支援機構　教育内容開発部門　自然科学教育開発室
職名
准教授
学位

  • 理学博士（東北大学）

所属学協会 3

  • 日本生化学会

  • 日本生物物理学会

  • 日本動物学会

研究分野 2

  • ライフサイエンス / 生物物理学 /

  • ライフサイエンス / 動物生理化学、生理学、行動学 /

論文 25

  1. Ca2+-ATPase Molecules as a Calcium-Sensitive Membrane-Endoskeleton of Sarcoplasmic Reticulum. 国際誌

    Jun Nakamura, Yuusuke Maruyama, Genichi Tajima, Yuto Komeiji, Makiko Suwa, Chikara Sato

    International journal of molecular sciences　22　(5)　2021年3月5日

    DOI： 10.3390/ijms22052624 　

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    The Ca2+-transport ATPase of sarcoplasmic reticulum (SR) is an integral, transmembrane protein. It sequesters cytoplasmic calcium ions released from SR during muscle contraction, and causes muscle relaxation. Based on negative staining and transmission electron microscopy of SR vesicles isolated from rabbit skeletal muscle, we propose that the ATPase molecules might also be a calcium-sensitive membrane-endoskeleton. Under conditions when the ATPase molecules scarcely transport Ca2+, i.e., in the presence of ATP and ≤ 0.9 nM Ca2+, some of the ATPase particles on the SR vesicle surface gathered to form tetramers. The tetramers crystallized into a cylindrical helical array in some vesicles and probably resulted in the elongated protrusion that extended from some round SRs. As the Ca2+ concentration increased to 0.2 µM, i.e., under conditions when the transporter molecules fully carry out their activities, the ATPase crystal arrays disappeared, but the SR protrusions remained. In the absence of ATP, almost all of the SR vesicles were round and no crystal arrays were evident, independent of the calcium concentration. This suggests that ATP induced crystallization at low Ca2+ concentrations. From the observed morphological changes, the role of the proposed ATPase membrane-endoskeleton is discussed in the context of calcium regulation during muscle contraction.

  2. 大規模理科実験科目におけるFD研修

    中村 教博, 関根 勉, 田嶋 玄一

    第６８回東北・北海道地区大学等高等・共通研究会研究集録　2018年12月

  3. Susceptibility Test of Two Ca2+-ATPase Conformers to Denaturants and Polyols to Outline Their Structural Difference 査読有り

    Aya Kotake, Genichi Tajima, Yuusuke Maruyama, Jun Nakamura, Chikara Sato

    JOURNAL OF MEMBRANE BIOLOGY　246　(2)　141-149　2013年2月

    出版者・発行元：SPRINGER

    DOI： 10.1007/s00232-012-9513-8 　

    ISSN：0022-2631

    eISSN：1432-1424

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    To determine the effect of denaturants [guanidine hydrochloride (GdnHCl) and urea] and polyols [with various molecular masses (62.1-600)] on calcium binding at the two hypothesized conformers (A and B forms) of the chemically equivalent sarcoplasmic reticulum Ca2+-ATPase, which bind two calcium ions in different manners, we examined the effect of these reagents on the calcium dependence of ATP-supported phosphorylation of the ATPase molecules and of their calcium-activated, acetyl phosphatate hydrolytic activity. (1) GdnHCl (similar to 0.05 M) and urea (similar to 0.5 M) increased the apparent calcium affinity (K (0.5)) of 2-6 mu M of noncooperative binding [Hill coefficient (n (H)) similar to 1] of the A form to 10-40 mu M. (2) The employed polyols transformed the binding of the A form into cooperative binding (n (H) similar to 2), accompanying the approach of its K (0.5) value to that (K (0.5) = 0.04-0.2 mu M) of the cooperative binding (n (H) similar to 2) of the B form; the transition concentration (0.025-2 M) of the polyols, above which such transformation occurs, was in inverse relation to their molecular mass. (3) The binding of the B form was resistant to these denaturants and polyols. Based on these data, a structural model of the two forms, calcium-binding domains of which are loosely and compactly folded, is presented.

  4. 東北大学の初年次学生への理科実験科目「自然科学総合実験」の運営を支える出席・成績情報システムの構築 査読有り

    田嶋玄一, 芳賀健也, 大場哲彦, 小俣乾二, 小林弥生, 石川賢一, 保木邦仁, 石山達也, 梶本真司, 橋本克之, 金田雅司, 中山和之, 縄田朋樹, 関根勉, 須藤彰三

    東北大学高等教育開発推進センター紀要　(7)　89-98　2012年3月

    出版者・発行元：東北大学高等教育開発推進センター

    ISSN：1881-0853

  5. 理科実験を通した大学間連携を目指して—東北地区の大学の理科実験科目調査— 査読有り

    関根勉, 縄田朋樹, 田嶋玄一, 山北佳宏, 小林弥生

    東北大学高等教育開発推進センター紀要　5　111-122　2010年3月

  6. 理科実験による導入教育の展開―理系及び文系学生向けの「自然科学総合実験」―

    関根勉, 田嶋玄一, 小林弥生, 猪股歳之, 須藤彰三

    第58回東北・北海道地区大学一般教育研究会研究集録　39-44　2009年3月

  7. Introductory Science Experiments for Freshmen in Tohoku University: The Role of Physics

    S. Suto, T. Hasegawa, T. Hondou, T. Matsumura, H. Miyata, N. Iwasa, A, Koreeda, M. Yoshizawa, H. Kanda, M. Fujiwara, G. Tajima

    Proceedings of the International Conference on Physics Education, Tokyo, Journal of the Physics Education Society of Japan, Supplement　2008年12月

  8. The effects of glycerol and sucrose on calcium binding of the sarcoplasmic reticulum Ca2+-ATPase molecules 査読有り

    Aya Kotake, Genichi Tajima, Chikara Sato, Jun Nakamura

    Proc. Na,K-ATPase and Related Transport ATPases of P-type. 12th International ATPase Conference.　2008年8月

  9. The effects of glycerol and sucrose on calcium binding of the sarcoplasmic reticulum Ca2+-ATPase molecules. 査読有り

    Aya Kotake, Genichi Tajima, Chikara Sato, Jun Nakamura

    Proc. Na,K-ATPase and Related Transport ATPases of P-type. 12th International ATPase Conference. Aarhus　2008年

  10. 理科実験の文科系学部開講

    須藤彰三, 長谷川琢哉, 本堂毅, 中村教博, 田嶋玄一

    大学の物理教育　2007年

  11. 自然科学総合実験の受講学生を対象とした総合的調査 査読有り

    神田 浩樹, 石川 賢一, 小林 弥生, 是枝 聡肇, 田嶋 玄一, 福田 貴光, 前山 俊彦

    東北大学高等教育開発推進センター紀要　(1)　175-180　2006年

    出版者・発行元：東北大学高等教育開発推進センター

    ISSN：1881-0853

  12. Glycerol changes calcium-sensing manner of the rabbit sarcoplasmic reticulum Ca2+-ATPase molecules. 査読有り

    J Nakamura, G Tajima, A Kotake, Y Maruyama, C Sato

    JOURNAL OF GENERAL PHYSIOLOGY　126　(1)　20A-20A　2005年7月

    出版者・発行元：ROCKEFELLER UNIV PRESS

    ISSN：0022-1295

  13. The Ca<sup>2+</sup>-ATPase of the Scallop Sarcoplasmic Reticulum Is of a Cold-adapted Type

    D. Sato, T. Takahashi, G. Tajima, C. Sato, Y. Nagata, T. Yamamoto, J. Nakamura

    Journal of Membrane Biology　196　(1)　33-39　2003年11月1日

    DOI： 10.1007/s00232-003-0622-2 　

    ISSN：0022-2631

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    At 0 to 20°C, the Ca2+-ATPase activity of the scallop sarcoplasmic reticulum (SR) was observed to be 7-60% of the peak activity at 30°C, while the ATPase activity of the rabbit SR was 0-7% of its peak at 55°C. The relative rabbit ATPase activity (0.7-7.0%) at 7-20°C became higher (6-15 times) and lower (1/4-1/2), respectively, by the solubilization of the rabbit ATPase with a detergent, dodecyloctaethylenglycol monoether, and by the reconstitution of the ATPase with asolectin (soybean lecithin). No activity at 0°C remained irrespective of these treatments. The relative scallop ATPase activity at 0-20°C was, however, scarcely affected by such solubilization and reconstitution. In contrast to the rabbit ATPase, the scallop ATPase seems to be capable of operating independently without the help of the membrane lipid at low temperature.

  14. ATP regulation of calcium binding in Ca2+-ATPase molecules of the sarcoplasmic reticulum 査読有り

    J Nakamura, G Tajima, C Sato

    NA,K-ATPASE AND RELATED CATION PUMPS　986　341-343　2003年

    出版者・発行元：NEW YORK ACAD SCIENCES

    ISSN：0077-8923

  15. Substrate regulation of calcium binding in Ca2+-ATPase molecules of the sarcoplasmic reticulum - I. Effect of ATP 査読有り

    J Nakamura, G Tajima, C Sato, T Furukohri, K Konishi

    JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY　277　(27)　24180-24190　2002年7月

    出版者・発行元：AMER SOC BIOCHEMISTRY MOLECULAR BIOLOGY INC

    DOI： 10.1074/jbc.M111834200 　

    ISSN：0021-9258

    eISSN：1083-351X

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    The effect of ATP on calcium binding of the Ca2+-ATPase of the sarcoplasmic reticulum has not been clarified. By comparing the calcium dependence of the ATPase activity and of phosphorylation of the ATPase molecules with that of calcium binding in the absence of ATP, we show the existence of two types of regulatory site of the enzyme molecules at which ATP binding variously improves the calcium binding performance of the molecules depending on the aggregation state of the molecules and pH; the two regulatory sites bind ATP at submillimolar (0.25 mm) and millimolar (5 mm) ATP, respectively. The results are discussed based on a model of two conformational variants (A and B forms) of the chemically equivalent ATPase molecules (Nakamura, J., and Furukohri, T. (1994) J. Biol. Chem. 269, 30818-30821). For example, in the sarcoplasmic reticulum membrane at pH 7.40, submillimolar ATP converted the calcium binding manner of the A form from noncooperative (Hill number (n(H)) of similar to1) to cooperative (n(H) similar to 2), concurrent with a decrease in the apparent calcium affinity (K-0.5) from 2-6 to 0.1-0.3 muM. The binding of the A form became almost the same as that of the B form (n(H) similar to 2), (K-0.5 similar to 0.2 muM), which was not affected by ATP. Millimolar ATP further decreased the K-0.5 of the cooperative binding of the two forms to similar to0.05 muM. Regulation of the calcium binding performance by ATP is discussed in terms of monomeric and oligomeric pathway models.

  16. Substrate regulation of calcium binding in Ca2+-ATPase molecules of the sarcoplasmic reticulum II. Effect of CTP, GTP, ITP, and UTP 査読有り

    J Nakamura, G Tajima, C Sato

    JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY　277　(27)　24191-24196　2002年7月

    出版者・発行元：AMER SOC BIOCHEMISTRY MOLECULAR BIOLOGY INC

    DOI： 10.1074/jbc.M111836200 　

    ISSN：0021-9258

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    To examine the effect of CTP, GTP, ITP, and UTP on calcium binding of Ca2+-ATPase molecules of the sarcoplasmic reticulum, the calcium dependence of the Ca2+-activated hydrolysis activities of these NTPs of the enzyme molecules was examined by comparison with that of calcium binding of the molecules in the absence of the NTPs at pH 7.40. In the sarcoplasmic reticulum membrane, CTP, GTP, and ITP did not affect the noncooperative (Hill value (n(H)) of similar to1, apparent calcium affinity (K-0.5) of 2-6 mum)) and cooperative (n(H) similar to 2, K-0.5 similar to 0.2 mum) calcium binding of the molecules, whereas UTP caused the molecules to highly cooperatively (n(H) similar to 4) bind calcium ions with a lowered K-0.5 of similar to0.04 mum. When the enzyme molecules were solubilized with detergent, all of these NTPs reversibly degraded the calcium affinity of the molecule (from K-0.5 = 3-5 to &gt;40 mum), although the effect of the NTPs on the negatively cooperative manner (n(H) similar to 0.5) of calcium binding was not experimentally obtained. Taking into account the first part of this study (Nakamura, J., Tajima, G., Sato, C., Furukohri, T., and Konishi, K. (2002) J. Biol. Chem. 277, 24180-24190) showing the improving effect of ATP on calcium binding of the membranous and solubilized molecules, the results show that ATP is the only intrinsic substrate for the enzyme molecule. This NTP regulation is discussed in terms of the oligomeric structure of the molecules.

  17. Oligomer of two types of conformational variants of sarcoplasmic reticulum Ca2+-ATPase molecules 査読有り

    J Nakamura, G Tajima, T Furukohri

    NA/K-ATPASE AND RELATED ATPASES　1207　373-379　2000年

    出版者・発行元：ELSEVIER SCIENCE BV

    ISSN：0531-5131

  18. cDNA cloning and predicted primary structure of scallop sarcoplasmic reticulum Ca<sup>2+</sup>-ATPase

    Yoshiaki Nagata, Taibo Yamamoto, Masatsugu Ema, Junsei Mimura, Yoshiaki Fujii-Kuriyama, Tomohiko Suzuki, Takahiro Furukohri, Kazuhiko Konishi, Dai Sato, Genichi Tajima, Jun Nakamura

    Comparative Biochemistry and Physiology - B Biochemistry and Molecular Biology　119　(4)　777-785　1998年8月26日

    DOI： 10.1016/S0305-0491(98)00055-8 　

    ISSN：0305-0491

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    Sarcoplasmic reticulum (SR) Ca2+-ATPase of the scallop cross-striated adductor muscle was purified with deoxycholate and digested with lysyl endopeptidase for sequencing of the digested fragments. Overlapping cDNA clones of the ATPase were isolated by screening the cDNA library with an RT-PCR product as a hybridization probe, which encodes the partial amino acid sequence of the ATPase. The predicted amino acid sequence of the ATPase contained all the partial sequences determined with the proteolytic fragments and consisted of the 993 residues with ~70% overall sequence similarity to those of the SR ATPases from rabbit fast-twitch and slow-twitch muscles. An outline of the structure of the scallop ATPase molecule is predicted to mainly consist of ten transmembrane and five &#039;stalk&#039; domains with two large cytoplasmic regions as observed with the rabbit ATPase molecules. The sequence relationship between scallop and other sarco/endoplasmic reticulum-type Ca2+-ATPases is discussed. Copyright (C) 1998 Elsevier Science Inc.

  19. cDNA cloning and predicted primary structure of scallop sarcoplasmic reticulum Ca(2+)-ATPase 査読有り

    Y Nagata, T Yamamoto, M Ema, J Mimura, Y Fujii-Kuriyama, T Suzuki, T Furukohri, K Konishi, D Sato, G Tajima, J Nakamura

    COMPARATIVE BIOCHEMISTRY AND PHYSIOLOGY B-BIOCHEMISTRY & MOLECULAR BIOLOGY　119　(4)　777-785　1998年4月

    出版者・発行元：ELSEVIER SCIENCE INC

    DOI： 10.1016/S0305-0491(98)00055-8 　

    ISSN：1096-4959

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    Sarcoplasmic reticulum (SR) Ca(2+)-ATPase of the scallop cross-striated adductor muscle was purified with deoxycholate and digested with lysyl endopeptidase for sequencing of the digested fragments. Overlapping cDNA clones of the ATPase were isolated by screening the cDNA library with an RT-PCR product as a hybridization probe, which encodes the partial amino acid sequence of the ATPase, The predicted amino acid sequence of the ATPase contained all the partial sequences determined with the proteolytic fragments and consisted of the 993 residues with similar to 70% overall sequence similarity to those of the SR ATPases from rabbit fast-twitch and slow-twitch muscles. An outline of the structure of the scallop ATPase molecule is predicted to mainly consist of ten transmembrane and five &apos;stalk&apos; domains with two large cytoplasmic regions as observed with the rabbit ATPase molecules. The sequence relationship between scallop and other sarco/endoplasmic reticulum-type Ca(2+)-ATPases is discussed. (C) 1998 Elsevier Science Inc. All rights reserved.

  20. Erratum: cDNA cloning and predicted primary structure of scallop sarcoplasmic reticulum Ca2+-ATPase (Comparative Biochemistry and Physiology 119B (1998) (7770785) PII: 0305-049198000558)

    Y. Nagata, T. Yamamoto, M. Ema, J. Mimura, Y. Fujii-Kuriyama, T. Suzuki, T. Furukohri, K. Konishi, D. Sato, G. Tajima, J. Nakamura

    Comparative Biochemistry and Physiology - B Biochemistry and Molecular Biology　121　(3)　361-362　1998年

    DOI： 10.1016/S0305-0491(98)10145-1 　

    ISSN：0305-0491

  21. Independence of two conformations of sarcoplasmic reticulum Ca2+-ATPase molecules in hydrolyzing acetyl phosphate - A two-pair model of the ATPase structural unit 査読有り

    J Nakamura, G Tajima

    JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY　272　(31)　19290-19294　1997年8月

    出版者・発行元：AMER SOC BIOCHEMISTRY MOLECULAR BIOLOGY INC

    DOI： 10.1074/jbc.272.31.19290 　

    ISSN：0021-9258

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    The sarcoplasmic reticulum Ca2+-ATPase molecules have been shown to exist in two conformations (A and B) that result from intermolecular interaction of ATPase molecules (Nakamura, J., and Tajima, G. (1995) J. Biol. Chem, 270, 17350-17354). The A form binds two calcium ions noncooperatively, whereas the B form binds the calcium ions cooperatively, Here, we examined the in dependence of these two forms in the calcium-activated hydrolysis of acetyl phosphate (AcP) under asynchronous and synchronous conditions of their E-1-E-2 transitions at 0-5 and 25 degrees C. Irrespective of their synchronism and temperature, the two forms hydrolyzed AcP due to calcium that was bound to each of the forms, indicating the independence of the two forms in hydrolyzing AcP. Taking into account the monomer-dimer transition of the ATPase molecules on the sarcoplasmic reticulum membrane accompanying E-1-E-2 transition of the molecules (Dux, L., Taylor, K. A., Ting-Beall, H. P., and Martonosi, A, (1985) J. Biol, Chem. 260, 11730-11743), the two types of molecules seem to independently carry out such monomer-dimer transition of the same type of molecules, Two pairs, each consisting of the same type of molecules, are suggested to be the structural unit of the ATPase molecules.

  22. NEGATIVE OR POSITIVE COOPERATION IN CALCIUM-BINDING TO DETERGENT-SOLUBILIZED ATPASE OF THE SARCOPLASMIC-RETICULUM - ITS MODULATION BY A HIGH-CONCENTRATION OF ATP 査読有り

    J NAKAMURA, G TAJIMA

    JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY　270　(29)　17350-17354　1995年7月

    出版者・発行元：AMER SOC BIOCHEMISTRY MOLECULAR BIOLOGY INC

    DOI： 10.1074/jbc.270.29.17350 　

    ISSN：0021-9258

    eISSN：1083-351X

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    Two different conformations of chemically equivalent Ca2+-ATPase molecules in the sarcoplasmic reticulum have been shown to non- and positive cooperatively bind two calcium ions, respectively (Nakamura, J. (1994) J. Biol. Chem. 269, 30822-30827). At pH 7.40, these ATPase molecules split into E(1) (high affinity state for calcium) and E(2) (low affinity state for calcium), respectively, before calcium binding. At this pH, calcium binding to the monomeric ATPase, solubilized with dodecyloctaethylenglycol monoether, was studied by examining Ca-45(2+) binding to the ATPase and calcium dependences of its phosphorylation, fluorescence intensity, ATP-hydrolysis at a low (5 mu M) concentration of ATP, and acetyl phosphate hydrolysis. The results suggest that the solubilized ATPase molecules predominantly preexist in E(2) and negative cooperatively (the Hill value (n(H)) = 0.5-0.6) bind 2 mol of calcium/mol of the ATPase with an apparent calcium affinity (K-0.5) of 3-5 mu M. The nonequivalences of calcium bindings at the membranous ATPase molecules seem to result from the intermolecular interaction of the molecules. A high concentration (5 mm) of ATP modulated the binding manner so that it became positively cooperative (n(H) similar to 2) and increased the K-0.5 to 0.1 mu M.

  23. DECOMPOSITION OF HYDROGEN-PEROXIDE BY METMYOGLOBIN - A CYCLIC FORMATION OF THE FERRYL INTERMEDIATE 査読有り

    G TAJIMA, K SHIKAMA

    INTERNATIONAL JOURNAL OF BIOCHEMISTRY　25　(1)　101-105　1993年1月

    出版者・発行元：PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD

    DOI： 10.1016/0020-711X(93)90495-Z 　

    ISSN：0020-711X

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    1. Metmyoglobin reacted with H2O2 to form ferryl-myoglobin, which reverted back spontaneously to the met-form. 2. Through this cyclic reaction of myoglobin between metMb(III) and ferryl-Mb(IV), we propose that H2O2, one of the potent oxidants in vivo, can be decomposed continuously in cardiac and skeletal muscle tissues in the absence of catalase and peroxidase.

  24. HYDROGEN-PEROXIDE PLAYS A KEY ROLE IN THE OXIDATION REACTION OF MYOGLOBIN BY MOLECULAR-OXYGEN - A COMPUTER-SIMULATION 査読有り

    T WAZAWA, A MATSUOKA, G TAJIMA, Y SUGAWARA, K NAKAMURA, K SHIKAMA

    BIOPHYSICAL JOURNAL　63　(2)　544-550　1992年8月

    出版者・発行元：BIOPHYSICAL SOCIETY

    ISSN：0006-3495

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    The stability properties of the iron(Il)-dioxygen bond in myoglobin and hemoglobin are of particular importance, because both proteins are oxidized easily to the ferric met-form, which cannot be oxygenated and is therefore physiologically inactive. In this paper, we have formulated all the possible pathways leading to the oxidation of myoglobin to metmyoglobin with each required rate constant in 0.1 M buff er (pH 7.0) at 25-degrees-C, and have set up six rate equations for the elementary processes going on in a simultaneous way. By using the Runge-Kutta method to solve these differential equations, the concentration progress curves were then displayed for all the reactive species involved. In this complex reaction, the primary event was the autoxidation of MbO2 to metMb with generation of the superoxide anion, this anion being converted immediately and almost completely into H2O2 by the spontaneous dismutation. Under air-saturated conditions (P(O2) = 150 Torr), the H2O2 produced was decomposed mostly by the metMb resulting from the autoxidation of MbO2. At lower pressures of O2, however, H2O2 can act as the most potent oxidant of the deoxyMb, which increases with decreasing 02 pressures, so that there appeared a well defined maximum rate in the formation of metMb at approximately 5 Torr of oxygen. Such examinations with the aid of a computer provide us, for the first time, with a full picture of the oxidation reaction of myoglobin as a function of oxygen pressures. These results also seem to be of primary importance from a point of view of clinical biochemistry of the oxygen supply, as well as of pathophysiology of ischemia, in red muscles such as cardiac and skeletal muscle tissues.

  25. AUTOXIDATION OF OXYMYOGLOBIN - AN OVERALL STOICHIOMETRY INCLUDING SUBSEQUENT SIDE REACTIONS 査読有り

    G TAJIMA, K SHIKAMA

    JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY　262　(26)　12603-12606　1987年9月

    出版者・発行元：AMER SOC BIOCHEMISTRY MOLECULAR BIOLOGY INC

    ISSN：0021-9258

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書籍等出版物 14

  1. 自然科学総合実験2017

    東北大学自然科学総合実験テキスト編集委員会

    東北大学出版会　2017年4月1日

    ISBN: 9784861632808

  2. 自然科学総合実験2016

    東北大学自然科学総合実験テキスト編集委員会

    東北大学出版会　2016年4月1日

    ISBN: 9784861632716

  3. 東北大学自然科学総合実験2015

    東北大学自然科学総合実験テキスト編集委員会

    東北大学出版会　2015年4月1日

    ISBN: 9784861632563

  4. 自然科学総合実験2014

    東北大学自然科学総合実験テキスト編集委員会

    東北大学出版会　2014年4月1日

    ISBN: 9784861632402

  5. 自然科学総合実験2013

    自然科学総合実験テキスト編集委員会

    東北大学出版会　2013年3月

  6. 自然科学総合実験2012

    自然科学総合実験テキスト編集委員会

    東北大学出版会　2012年3月

  7. 自然科学総合実験2011

    東北大学自然科学総合実験編集委員会

    東北大学出版会　2011年3月

  8. 自然科学総合実験2010

    東北大学自然科学総合実験編集委員会

    東北大学出版会　2010年3月

  9. 自然科学総合実験2009

    東北大学自然科学総合実験編集委員会

    東北大学出版界会　2009年3月

  10. 自然科学総合実験2008

    東北大学自然科学総合実験編集委員会

    2008年3月

  11. 文科系のための自然科学総合実験

    東北大学文科系のための自然科学総合実験テキスト編集委員会

    2007年4月

  12. 自然科学総合実験2007

    東北大学自然科学総合実験編集委員会

    東北大学出版会　2007年3月

  13. 自然科学総合実験

    東北大学自然科学総合実験テキスト編集委員会編

    2004年3月

  14. Myoglobin : Stability and Evolutionary Aspects (編者の一人として)

    TAJIMA Gen-ichi

    1999年

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共同研究・競争的資金等の研究課題 6

  1. 「2ドメイン」構造をもつ酵母ヘモグロビンの分子生理学的研究

    松岡 有樹, 田嶋 玄一, 四釜 慶治, 落合 威彦

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    2000年 ～ 2001年

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    酵母ヘモグロビンは「酸素結合ドメイン」と「還元酵素ドメイン」とから成っているが、本研究では、まず「分子全体」を発現させるベクター(pMAL-c2/Candida Hb)と「酸素結合ドメイン」のみを発現させるベクター(pMAL-c2/heme domain)とを作製した。次に、それらを大腸菌に導入して大量培養したのち、ゲル濾過とイオン交換クロマトグラフィー法を用いて、whole proteinと酸素結合ドメイン(以下ヘムドメインと記す)とを単離精製することに成功した。 そこで、両者の吸収スペクトルを測定してみると、whole proteinではメト型のSoret peakがオキシ型のそれよりも高くなっているのに対し、ヘムドメインではその関係が逆転していた。このことから、whole proteinのメト型ではヘム鉄(III)に水分子が配位している六配位構造を、ヘムドメインでは水分子の配位していない五配位構造をとっているものと考えられた。したがって、「酸素結合ドメイン」の軸配位子構造にも、「還元酵素ドメイン」が大きな影響を与えていることが分かった。 次に、ヘム鉄に結合した酸素分子の安定性を調べるため、オキシ型(HbO_2)からメト型(metHb)への自動酸化速度を、25℃、0.1M buffer中で、pH4から9までの広い領域に渡って詳細に測定した。その結果、ヘムドメインのみの場合は、全てのpH領域でwhole proteinよりも自動酸化を受けやすいことが分かった。一方、whole proteinでもヘムドメインでも、その自動酸化速度は酸性側で共に増大するが、pHに対する傾きはせいぜいn=-0.5程度であり、しかもpH4付近になると速度の飽和が見られた。したがって、酵母ヘモグロビンの自動酸化反応には、遠位His残基を介して発現される酸触媒項は全く含まれていないものと結論された。

  2. 繊毛虫類にみられる短縮型ヘモグロビンの構造と機能およびその分子起源に関する研究

    四釜 慶治, 松岡 有樹, 村上 修, 渡辺 彊, 田嶋 玄一

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    1998年 ～ 1999年

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    (1)原生動物へモグロビンの結合酸素の安定性 へモグロビンに結合した酸素分子の安定性を調べるために、オキシ型からメト型への自動酸化速度をpH5〜13までの広い領域に渡って測定した。得られたpH-profileを比較検討すると、遠位(E7)ヒスチジン残基を介した「プロトンーリレー機構」による酸触媒過程が自動酸化反応の大部分を押し進めているものの、全体としては、哺乳動物のミオグロビンと同程度の安定性を示すことは、驚くべき発見であった。 (2)「短縮型」へモグロビン分子の遺伝子構造 『短縮型』グロビン分子の遺伝子構造について、特にイントロンの挿入位置とその大きさに焦点を合わせて比較解析した。その結果、グロビン遺伝子にイントロンを有するゾウリムシやクラミドモナスの場合と、イントロンを持たないテトラヒメナやシアノバクテリアの場合などがあって、同じ単細胞生物由来の短縮型グロビン分子といえども、そのゲノム構造とヒスチジン残基の含有量などには著しい多様性が認められ、高等動物のへモグロビンやミオグロビンとは全く異なる分子起源を持つことを強く示唆している。 本課題によって得られた研究成果の一部は、まず、原著論文"A myoglobin-like protein from Tetrahymena pyriformis : Its heme environment,autoxidizability and genomic DNA structure"にまとめられ、現在Biochimica et Biophysica Acta に投稿中である。また、昨年の8月23日から28日にわたって、カナダのカルガリーで開催された「第5回・国際比較生理生化学会」でのシンポジウム(No.11"Oxygen binding and related protein : Structure, function and evolution")には、研究分担者を含めて三名が出席し、招待講演とポスター発表を行った。さらに本研究の代表者は、これまでの約20年間におよぶミオグロビン研究の成果を一冊のモノグラフにまとめ、 「Myoglobin : Stability and Evolutionary Aspects」として上梓し、朝日新聞社から出版した。

  3. 繊毛虫類にみられるヘモグロビン様タンパク質の構造と機能

    四釜 慶治, 田嶋 玄一, 松岡 有樹

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究機関：Tohoku University

    1995年 ～ 1996年

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    本研究の目的は、原生動物の繊毛虫類にみられる「短縮型」のヘモグロビン様タンパク質が一体どのような分子構造をとり、どのような生理機能を果たしているのかを、哺乳動物のHbやMbと対比させながら、分子進化的観点から解析することにある。そこで、テトラヒメナ(Tetrahymena pyriformis)を大量培養して、前年度の引きつづき次の実験を行った。 (1)原生動物ヘモグロビンの単離精製 まず細胞を破砕後、硫安分画、Sephadex G-50によるゲル濾過、およびCM-cellulose chromatographyなどを行って、ヘモグロビン様タンパク質を単離精製した。その結果、高純度のオキシ標品が常に安定した状態で得ることに成功した。 (2)酸素親和性と結合酸素の安定性についての 哺乳動物のミオグロビンと比べて、32残基も短い「短縮構造」を取っているテトラヒメナのヘモグロビンについて、まずその酸素親和性を求めた。酸素平衡曲線(OEC)の解析から得られたP50値は0.2Torrであった。一方、結合した酸素の安定性を調べるために、オキシ型からメト型への自動酸化速度を広いpH領域(5〜13)に渡って測定した。得られたpH-profileを比較検討すると、酸性領域で顕著な速度増大が見られ、遠位(E7)ヒスチジン残基を介した「プロントン-リレー機構」が自動酸化反応の大部分を押し進めているものの、全体としては、哺乳動物のミオグロビンのそれと同程度の安定性を示していることは、驚くべき事であった。 (3)ヘム近傍の構造と遠位ヒスチジン残基の有無について 結合酸素の安定性に重要な役割を果たす遠位(E7)ヒスチジン残基が、原生動物のヘモグロビンにも存在していることが、Soret領域における分光学的測定からも明らかとなり、ヘモグロビンやミオグロビンの分子進化について極めて興味ある問題を提起した。 尚、これらの結果については、その一部をEurop.J.Protistol.,32(1996),73-78に発表した。

  4. 単細胞生物にみられるヘモグロビン様タンパク質の比較生理学:特ににその構造と機能

    松岡 有樹, 田嶋 玄一, 四釜 慶治

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)

    研究機関：TOHOKU UNIVERSITY

    1994年 ～ 1995年

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    本研究の目的は、単細胞生物における特異なヘモグロビン様タンパク質が一体どのような分子構造をとり、どのような生理的機能を果しているのかを哺乳動物のHbやMbと対比させながら、分子進化的観点から解析することにある。本年度の成果を以下に示す。 (1)原生動物Hbの分子構造の解析 繊毛虫類のテトラヒメナを大量培養し、陽イオン交換カラム(CM cellulose)と陰イオン交換カラム(DEAE cellulose)を連続して用いることで、高純度のHbを得た。このヘモグロビンのSoret領域における吸収スペクトル及び磁気円偏光二色性(MCD)を測定したところ、通常の哺乳動物の場合と極めて類似していた。このことは、原生動物のヘモグロビンにも遠位His残基が存在しており、結合酸素分子を安定化していることを強く示唆している。 (2)酵母Hbの高次構造の解析 酵母(Candida norvegensis)からヘモグロビン様タンパク質を単離精製し、円偏光二色性(CD)を測定した結果、yeast Hbのヘリックス含量は全体で39%と見積もられた。従って、yeast Hbのヘム・ドメインのヘリックス含量を哺乳動物と同じ73%と仮定した場合、レダグターゼ・ドメインは17%しかヘリックスを含まないことになる。この結果から、酵母Hbはヘリックス含量の非常に高い酸素結合領域と、含量の非常に低い還元酵素領域が融合して形成されており、全く異なる高次構造を有する2ドメンイが連結した極めて興味深いものであることを示唆している。

  5. 原生動物におけるヘモグロビン様蛋白質の構造・機能および分化

    四釜 慶治, 田嶋 玄一

    提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

    制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目：Grant-in-Aid for General Scientific Research (B)

    研究機関：Tohoku University

    1992年 ～ 1994年

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    原生動物のヘモグロビン様蛋白質について次のようなことが解明された。 (1)原生動物のヘモグロビン様蛋白質はいずれも「短縮構造」型で、マッコウクジラMbの約2/3に近い。 (2)しかし、Paramecium caudatumから得られたヘモグロビン様蛋白質の円偏光二色性の楕円率は[Θ]_<222>=-20600deg cm^2 doml^<-1>と求められ、分子全体としては、マッコウクジラMbのヘリックス含量と大きな差異はない。(分担者:田嶋玄一助手) (3)結合酸素の安定化機構に最も深く関与している「遠位ヒスチジン残基」が、原生動物のMbにも存在することがSoret領域での分光学的測定ならびに磁気円偏光二色性の測定から明らかになった。(分担者:松岡有樹助手) (4)原生動物のMbO_2は、マッコウクジラのMbO_2よりも不安定で自動酸化されやすく、かつヘミクロームを形成しやすいなど、可逆的な酸素結合タンパク分子としてはまだ不十分な構造であることも分かった。 以上の研究成果は次の総説として投稿中である。 (A)The Unique structures of protozoan myoglobin and yeast hemglobin:An evolutionary diversity.International Journal of Biochemistry(1995)。 (B)原生動物のミオグロビンと酵母のヘモグロビン:分子構築の多様性生物物理(1995)

  6. ミオグロビンの新たな生理機能:過酸化水素の除去と酸素毒性の抑制

    田嶋 玄一

    1993年 ～ 1993年

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    ミオグロビンは酸素運搬体であると共に、活性酸素の生成とその消去に関連して新たな関心を呼んでいる。本研究は、ミオグロビンがフェリル型中間体の生成を介して、過酸化水素を持続的に除去し得るという知見に基づき、ミオグロビンと過酸化水素との反応の分子論的メカニズムを明らかにしようとする試みの一部である。今回は、フェリルミオグロビンの生成における遠位残基の関与について、比較生化学的な検討を行った。 通常、メト型ミオグロビンに過酸化水素と反応して、フェリルミオグロビンを生成する。しかし、遠位ヒスチジン残基を欠くアメフラシ(Aplysia Kurodai)のミオグロビンでは、過酸化水素との反応によって得られる酸化生成物の吸収スペクトルはフェリルミオグロビンのそれとは大きく異なり、また、還元剤を加えてもメト型に還元されなかった。そこで、遠位残基として、ヒスチジン、バリン、グルタミンを持つ9種のミオグロビン(内3種は無脊脊椎動物のもの)を用いて、過酸化水素との反応によって生じる酸化生成を比較検討した。 その結果、遠位残基としてヒスチジンを含むものでは、いずれも典型的なフェリル型分子種を得ることが出来た。一方、遠位残基が置換された5種のミオグロビンでは、酸化生成物のスペクトルはフェリルミオグロビンのものとは大きく異なり、さらに、還元剤を加えても、元のメト型には戻らず、ヘム自身に不可逆的な修飾を受けているものと思われた。 更に興味深いことは、得られた酸化生成物の吸収スペクトルが、遠位残基の種類によって、それぞれ特徴あるものとなったことである。殊に、遠位グルタミンを持つアフリカゾウとヤモリザメのものでは、それ以外の一次構造上の近似性が極めて低いにも関わらず、同一の特徴を持つ酸化生成物が得られたことである。これは、メトミオグロビンと過酸化水素との反応に遠位残基が決定的な役割を果たしていることを示唆するものである。

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社会貢献活動 3

  1. サイエンスパートナーシッププロジェクト「コスモス理科実験講座」 実験講座１

    2007年8月2日 ～ 2007年8月3日

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    「イネのDNAによる品種同定」 宮城第一女子高等学校の生徒を対象として，実験と講義を行った．

  2. 夏休み大学探検2015，仙台市教育委員会

    2015年8月6日 ～

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    仙台市内の中学生を対象に細胞観察の実験講座を実施した．

  3. 夏休み大学探検2012，仙台市教育委員会

    2012年7月25日 ～

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    仙台市内の中学生22名を対象として蛍光顕微鏡による細胞観察の実験および解説を行った．