1994 Fiscal Year Annual Research Report

バクテリオロドプシンのポンプ機能をひきおこす機構の赤外吸収スペクトル法による解明

Research Project

Project/Area Number	06404082
Research Category	Grant-in-Aid for General Scientific Research (A)
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	前田章夫京都大学, 理学部, 教授 (20012370)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	神取秀樹京都大学, 理学部, 助手 (70202033) 七田芳則京都大学, 理学部, 助教授 (60127090)
Keywords	バクテリオロドプシン / FT・IR / プロトンポンプ / L中間体 / 水分子 / 水素結合 / メチル基 / 変異蛋白質
Research Abstract	バクテリオロドプシンにおいて、そのプロトンポンプの最も重要なステップである、光吸収後のシッフ塩基からAsp85へののプロトン移動を起こすL中間体の構造を、フーリエ変換赤外吸収スペクトル法で解明した。 (1)Asp212をアスパラギンに変えた変異蛋白質では、シッフ塩基からAsp85へののプロトンの移動が可能な形になっているにも関わらず、実際にはプロトンの移動はない。この変異蛋白質のL中間体のFTIRを測定すると、野性型でみられたAsp85のそばにある水分子の強い水素結合の形成が見られない。水分子の作るAsp212、Asp85、シッフ塩基との強い水素結合が、シッフ塩基からAsp85へのプロトンの移動に必須であることが結論された。また、Val49、Ala53などリジン側鎖の近くにある残基を変えるとやはり水分子の強い水素結合の形成がなくなると共にプロトンの移動が抑えられた。 (2)野性型の9位のメチル基をなくしたバクテリオロドプシン、およびTrp182の変異蛋白質をつかい、L中間体ではTrp182のインドールのN-Hは、9メチル基を介してレチナ-ルのポリエンと相互作用し、シッフ塩基からAsp85へのプロトンの移動を促進していることを明らかにした。 (3)L中間体ではシッフ塩基はさらに、その細胞外側に連なったAsp85から遠く離れた、細胞質側のThr46、Asp96の近くにある2分子の水の水素結合を変化させることを示した。 (4)ナノ秒段階の反応を解析し、K中間体が約10ナノ秒の寿命で次のKL中間体に変換すること、この二つの中間体は、シッフ塩基の近くの捻れ方にあることを示した。

Research Products
(10 results)

All Other

All Publications (10 results)

[Publications] Maeda,A.: "Interaction of aspartate-85 with a water molecule and the protonated Sciff base in the L intermediate of bacteriorhodopsin:A Fourier transform infrared spectroscopic study." Biochemistry. 33. 1713-1717 (1994)
[Publications] Sasaki,J.: "Complete identification of C=0 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)
[Publications] Brown,L.S.: "The proton transfers in the cytoplasmic domani of bacteriorhodpsin are facilitated by a cluster of interacting residues." J.Mol.Biol.239. 401-414 (1994)
[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)
[Publications] Kataoka,M.: "Energy coupling in an ion pump:the reprotonation switch of bacteriorhodposin." J.Mol Biol.243. 621-638 (1994)
[Publications] Yamazaki,Y.: "Interaction of tryptophan-182 with the retinal 9-methyl group in the L intermadiate of bacteriorhodopsin." Biochemistry. 34. 577-582 (1995)
[Publications] Ohkita,Y.J.: "Changes in structure of the chromophore in the photochemical process of bovine rhodopsin as revealed by FTIR spectroscopy for hydrogen out-of-plane vibrations." Biophys.Chem.(in press). (1995)
[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)
[Publications] Kandori,H.: "Water-mediated proton transfer in proteins:An FTIR study of bacteriorhodopsin." J.Am.Chem.Soc.(in press). (1995)
[Publications] Sasaki,J.: "Nanosecond time-resolved infrared spectroscopy distinguishes two K species in the bacteriorhodpsin photocycle." Biophys.J.(in press). (1995)

1994 Fiscal Year Annual Research Report

バクテリオロドプシンのポンプ機能をひきおこす機構の赤外吸収スペクトル法による解明

Principal Investigator

前田 章夫 京都大学, 理学部, 教授 (20012370)

Research Products

[Publications] Maeda,A.: "Interaction of aspartate-85 with a water molecule and the protonated Sciff base in the L intermediate of bacteriorhodopsin:A Fourier transform infrared spectroscopic study." Biochemistry. 33. 1713-1717 (1994)

[Publications] Sasaki,J.: "Complete identification of C=0 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)

[Publications] Brown,L.S.: "The proton transfers in the cytoplasmic domani of bacteriorhodpsin are facilitated by a cluster of interacting residues." J.Mol.Biol.239. 401-414 (1994)

[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)

[Publications] Kataoka,M.: "Energy coupling in an ion pump:the reprotonation switch of bacteriorhodposin." J.Mol Biol.243. 621-638 (1994)

[Publications] Yamazaki,Y.: "Interaction of tryptophan-182 with the retinal 9-methyl group in the L intermadiate of bacteriorhodopsin." Biochemistry. 34. 577-582 (1995)

[Publications] Ohkita,Y.J.: "Changes in structure of the chromophore in the photochemical process of bovine rhodopsin as revealed by FTIR spectroscopy for hydrogen out-of-plane vibrations." Biophys.Chem.(in press). (1995)

[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)

[Publications] Kandori,H.: "Water-mediated proton transfer in proteins:An FTIR study of bacteriorhodopsin." J.Am.Chem.Soc.(in press). (1995)

[Publications] Sasaki,J.: "Nanosecond time-resolved infrared spectroscopy distinguishes two K species in the bacteriorhodpsin photocycle." Biophys.J.(in press). (1995)

前田章夫京都大学, 理学部, 教授 (20012370)