タンパク質中のプロトン能動輸送と電子移動機構解明の分子科学

1990 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02453157
• Research Institution: Okazaki National Research Institutes
• Principal Investigator: 北川 禎三 岡崎国立共同研究機構, 分子科学研究所, 教授 (40029955)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 加茂川 恵司 岡崎国立共同研究機構, 分子科学研究所, 助手 (40150057) ; 小倉 尚志 岡崎国立共同研究機構, 分子科学研究所, 助手 (70183770)
• Keywords: チトクロム酸化酵素 / 時間分解ラマン / 共鳴ラマン分光 / 酸素

Research Abstract

タンパク質中のプロトン輸送と電子移動のメカニズムは生物物理学の基本課題の1つであり、我々は時間分解共鳴ラマン分光法を駆使してその解明に努力を重ねてきたが、本年は1つのブレ-クスル-を作れたと考えている。材料として、ミトコンドリヤ電子伝達系の末端酵素であるチトクロム酸化酵素をウシ心筋より単離,精製した。昨年自作した酵素反応追跡用人工心肺装置に改良を加えて、3種の肺を並行して使えるようにすることにより、 ^<16>O/ ^<18>Oの差スペクトルの精度を飛躍的に高めた。またダブルビ-ム・フロ-セル法による時間分解共鳴ラマン測定装置に大型Arレ-ザ-を用いることにより、415〜425nmのレ-ザ-光でラマン散乱を測定できるようにした。これを用いプロ-ブ光のポンブ光からの遅延時間(△t)を0.1msにセットしたところ、567cm^<-1>に酸素の同位体鋭敏ラマン線を初めて観測し、同位体シフト値からそれをFeーO_2伸縮振動に帰属した。ラマン吸収同時測定装置で観測した可視吸収スペクトルは、それが中間体のCompound Aであることを示した。これによりCompound AがFeーO_2型化合物であることが明らかになった。△tを0.5msにすると、そのラマン線は弱くなり、新たに788cm^<-1>に酸素同位体鋭敏バンドが現れた。 ^<16>O/ ^<18>Oのシフト値から、これをFe^<IV>=O型化合物と推定した。ラマン吸収同時測定装置で観測した可視吸収スペクトルは、それが中間体のCompound Bであることを示した。我々の報告とほぼ同時に、アメリカのベル研究所とミシガン大学より同種のラマン線を観測したとの報告があり、この問題は結着したかに見えた。我々は一歩前進して、迷光除去用空間フィルタ-を考案し、低波数部のラマン測定を可能にした。そして△t=0.5msのスペクトルを再測定したところ、356cm^<-1>にもう1本酸素同位体鋭敏ラマン線を見つけ、また、先に観測した788cm^<-1>のバンドがD_2O中で高波数シフトすることを見つけた。これはFe^<IV>=Oヘムでは説明できないので、もう一段の努力の必要性が出てきた。

Research Products

• [Publications] S.Kaminaka,T.Ogura,T.Kitagawa: "Timeーresolved ultraviolet resonance Raman study of the photolysis of carbonmonoxy hemoglobin:Relaxation of the globin structure." Journal of American Chemical Society,<112>___ー,23ー27(1990). 112. 23-27 (1990)
• [Publications] T.Ogura,V.Fidler,Y.Ozaki,T.Kitagawa: "Alcohol catalyzed photoreduction of iron porphyrin complexes revealed by resonance Raman and absorption spectroscopies." Chemical Physics Letters. 169. 457-459 (1990-)
• [Publications] T.Egawa,Y.Imai,T.Ogura,T.Kitagawa: "Resonance Raman study on mutant cytochrome Pー450 obtained by site directed mutagenesis." Biochimica Biophysica Acta. 1040. 211-216 (1990)
• [Publications] T.Ogura,T.Kitagawa,S.Takahashi,K.Shinzawa,S.Yoshikawa: "Observation of the Fe^<II>ーO_2 stretching Raman band for compound A of cytochrome oxidase at room temperature." Journal of American Chemical Society. 112. 5630-5631 (1990)
• [Publications] Y.Mizutani,S.Hashimoto,Y.Tatsuno,T.Kitagawa: "Resonance Raman pursuit of the change from Fe^<II>ーO_2 to Fe^<III>ーOH via Fe^<IV>=O in autoxidation of ferrous ironーporphyrin." Journal of American Chemical Society. 112. 6809-6814 (1990)
• [Publications] T.Ogura,T.Kitagawa,S.Takahashi,K.Shinzawa,S.Yoshikawa: "Observation of the Fe^<4+>+O stretching Raman band fof cytochrome oxidase compound B at ambient temperature." Journal of Biological Chemistry. 265. 14721-14723 (1990)
• [Publications] K.Imai,T.Kitagawa,D.Shie,K.Ishimori,Y.Wada,J.Tame,K.Fushitani,H.Morimoto,K.Nagai,G.Miyazaki,I.Morishima: "Protein Structural Analysis,Folding and Design" Japan Science Society Press, 230 (1990)