1994 Fiscal Year Annual Research Report
バクテリオロドプシンのプロトンポンプ機構-赤外分光法と部位誘発変異による解析
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06044123
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
前田 章夫 京都大学, 理学部, 教授 (20012370)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
LANYI Janos カリフォルニア大学, アーバイン校, 教授
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| Keywords | バクテリオロドプシン / 変異蛋白質 / FTIR / シッフ塩基 / プロトンポンプ / 水分子 / レチナ-ル / 水素結合 |
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| Research Abstract |
研究代表者前田の属する京都グループは、米国側の共同研究者であるLanvyらとのアイデアを交換しながら、Lanyiらの作るバクテリオロドプシンの変異蛋白質を使い、光反応過程で最も重要な中間体であるL中間体についてのフーリエ変換赤外スペクトル(FTIR)を測定した。
(1)Asp85、シッフ塩基と相互作用するAsp212の役割を解明するために、その変異蛋白質のL中間体のFTIRの測定を行った。その結果、Asp85の近くにある水分子が強い水素結合を作る反応が阻害されていた。さらにArq82の変異蛋白質についても現在解析を進め、この複雑な水素結合系の本体を明らかにすることに努めている。
(2)レチナ-ルをかこむ残基であるTrp182、Val49、Ala53がシッフ塩基からAsp85へのプロトンの移動にどのように影響するか、それぞれの変異蛋白質を作り、光によるLからMへの変換を調べた。その結果Trp182はレチナ-ルの9メチル基と、Val49、Ala53はレチナ-ルのついたLys216の側鎖との立体的な相互作用によって、シッフ塩基からAsp85へのプロトンの移動が促進されること、その際上に述べた水分子の水素結合変化にも影響を及ぼしていることを明らかにした。
(3)細胞質側からのプロトンの取り込みに関与するAsp96がThr46と相互作用していることは、M、Nのそれぞれの崩壊速度からわかっている。これがより早く既にLの崩壊速度にも影響していること、その際Asp96、Thr46の近くにある水分子の水素結合の形成にも影響していることを示した。
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[Publications] Maeda,A.: "Interaction of aspartate-85 with a water molecule and the protonated Schiff base in the L intermediate of bacteriorhodopsin:A Fourier transform infrared spectroscopic study." Biochemistry. 33. 1713-1717 (1994)
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[Publications] Sasaki,J.: "Complete identification of C=O stretching vibrational bands of protonated aspartic acid residues in the difference infrared spectra of M and N intermediates versus bacteriorhodopsin." Biochemistry. 33. 3178-3184 (1994)
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[Publications] Brown,L.S.: "The proton transfers in the cytoplasmic domain of bacteriorhodopsin are facilitated by a cluster of interacting residues." J.Mol.Biol.239. 401-414 (1994)
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[Publications] Brown,L.S.: "The retinal Schiff base-counterion complex of bacteriorhodopsin:Changed geometry during the photocycle is a cause of proton transfer to aspartate 85." Biochemistry. 33. 12001-12011 (1994)
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[Publications] Kataoka,M.: "Energy coupling in an ion pump:the reprotonation switch of bacteriorhodopsin." J.Mol Biol.243. 621-638 (1994)
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[Publications] Yamazaki,Y.: "Interaction of tryptophan-182 with the retinal 9-methyl group in the L intermediate of bacteriorhodopsin." Biochemistry. 34. 577-582 (1995)
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[Publications] Cao,Y.: "Relationship of proton release at the extracellular surface to deprotonation of the Schiff base in the bacteriorhodopsin photocycle." Biophys.J.(in press). (1995)
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[Publications] Kandori,H.: "Water-mediated proton transfer in proteins:An FTIR study of bacteriorhodopsin." J.Am.Chem.Soc.(in press). (1995)
