2017 Fiscal Year Annual Research Report
Study of Complex Molecular Systems by Ultrafast and Nonlinear Spectroscopy
| Project Area | Science on Function of Soft Molecular Systems by Cooperation of Theory and Experiment |
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| Project/Area Number |
25104005
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
田原 太平 国立研究開発法人理化学研究所, 田原分子分光研究室, 主任研究員 (60217164)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
竹内 佐年 国立研究開発法人理化学研究所, 田原分子分光研究室, 専任研究員 (50280582)
石井 邦彦 国立研究開発法人理化学研究所, 田原分子分光研究室, 専任研究員 (80391853)
山口 祥一 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (60250239)
須藤 雄気 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 教授 (10452202)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | 複雑分子系 / 先端分光計測 / 超高速ダイナミクス / 界面 / 生体高分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では世界最高の分光計測を開発・駆使して多自由度複雑分子系のダイナミクスと機能発現の機構を解明する。最終年度である今年度は以下の成果を得た。
超高速分光を用いた研究では、幾つかの重要な光受容タンパク質の光反応初期ダイナミクスを研究した。まず、ナトリウムイオンポンプであるレチナールタンパク質であるKR2のフェムト秒ダイナミクスのpH依存性を時間分解吸収分光で研究し、反応性S1状態と無反応性S1状態の生成相対比が116番目の残基Asp116のプロトン化／脱プロトン化と直接関連していることを明らかにした。これはレチナールタンパク質に広く見られる反応性の異なる複数のS1状態の起源が基底状態の構造の不均一性であることを強く示唆する。また、深紫外フェムト秒誘導ラマン分光法を用いてバクテリオロドプシンを研究し、芳香族性残基が発色団の異性化より前に光励起直後すぐ変化を示していることを明らかにした。
界面選択的非線形分光による研究では、ヘテロダイン検出振動和周波分光法と分子動力学計算とを協奏的に用いて、溶質としてフェノールが存在する場合の空気／水界面の構造を研究した。これによってそれぞれのフェノール分子の周囲に特有の水和構造が形成され、その水和構造中には2種類の独特な水素結合を持つ水が生じることが明らかになった。
単分子分光を用いた研究では、二次元蛍光寿命相関分光を用いてチトクロームｃの折り畳みダイナミクスを酸性条件下で研究した。異なる位置にドナー色素をラベルした３つの変異体において同様な時間スケールで二状態型の折り畳みダイナミクスが観測されたが、これはチトクロームｃの構造収縮が協奏的機構で進むことを示唆している。この観測は典型的球状タンパク質であるチトクロームｃの折り畳みの最初に起る構造収縮（compaction）過程に新しい知見を与えるものである。
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Demonstration of a light-driven SO42- transporter and its spectroscopic characteristics2017
Author(s)
Akiko Niho, Susumu Yoshizawa, Takashi Tsukamoto, Marie Kurihara, Shinya Tahara, Yu Nakajima, Misao Mizuno, Hikaru Kuramochi, Tahei Tahara, Yasuhisa Mizutani, Yuki Sudo
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Journal Title
J. Am. Chem. Soc.
Volume: 139
Pages: 4376-4389
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Demonstration of a light-driven SO42- transporter from the cyanobacterium and its spectroscopic characterization2017
Author(s)
Akiko Niho, Susumu Yoshizawa, Takashi Tsukamoto, Marie Kurihara, Shinya Tahara, Yu Nakajima, Misao Mizuno, Hikaru Kuramochi, Tahei Tahara, Yasuhisa Mizutani, Yuki Sudo
Organizer
International Symposium on Biophysics of Rhodopsins
Int'l Joint Research
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