1995 Fiscal Year Annual Research Report

バクテリオロドプシンのプロトントランスポータとチャネル

Research Project

Project/Area Number	07276218
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	前田章夫京都大学, 大学院・理学研究科, 教授 (20012370)
Keywords	バクテリオロトプシン / トランスポータ / チャネル / シッフ塩基 / L中間体 / 水分子 / プロトン / 光
Research Abstract	バクテリオロドプシンは、そのシッフ塩基を中心としたトランスポータが、先ず、細胞外にプロトンをだし、その後、細胞内からプロトンをとりこむための二つのチャネルに構造変化を与えて、プロトンを一方向に運ぶ。光で誘導される中間体、特にマイクロ秒の時間帯に生じるL中間体、それに続くM中間体の構造を、フーリエ変換赤外スペクトル法(FTIR)と変異蛋白質を用いて解析し、トランスポータとチャネルの関連を明らかにしてゆくのが、本研究の目的である。 (1)トランスポータ活性発現への最初の段階であるL中間体の生成に伴い、細胞外チャネルにつながるAsp85に配位した水分子が、その近くにあるAsp212、およびシッフ塩基と強い水素結合を作ることを示した。またTrp182がアロステリックに、レチナ-ルの9メチル基を通じて、トランスポーターの機能に影響を与えていることも示した。これらの構造体の形成が、そのあとのシッフ塩基からAsp85へのプロトン移動を起こす原動力である。 (2)L中間体の生成に伴い、Asp85に配位した水分子からVal49のC=0に配位した水分子、さらに細胞内側チャネル部分にあるThr46とAsp96の間にある水分子の水素結合変化が起こり、Asp96を中心にした細胞内チャネルが活性化することが示された。 (3)トランスポータ部分を構成するAsp85の負の電荷をなくすと、シッフ塩基からのプロトンが受容できなくなるので、プロトンをポンプできなくなる。それに塩素イオンを入れると、他の部分はまったくバクテリオロドプシンのままで、塩素イオンを、プロトンとは反対の方向に運搬できるようになる。

Research Products
(12 results)

All Other

All Publications (12 results)

[Publications] Yamazaki,Y.: "Interaction of tryptophan-182 with the retinal 9-methyl group in the L intermediate 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-outof-planev ibrations." Biophys.Chem.56. 71-78 (1995)
[Publications] Cao,Y.: "Relationship of proton release at the extracellular surface to deprotonation of the Schiff base in the bacteriorhodopsin photocycle." Biophys.J.68. 1518-1530 (1995)
[Publications] Kandori,H.: "Water-mediated proton transfer in proteins:An FTIR study of bacteriorhodopsin." J.Am.Chem.Soc.117. 2118-2119 (1995)
[Publications] Sasaki,J.: "Nanosecond time-resolved infrared spectroscopy distinguishes two K species in the bacteriorhodopsin photocycle." Biophys.J.68. 2073-2080 (1995)
[Publications] Yamazaki,Y.: "Water structural changes at the proton uptake site (the Thr46-Asp96 domain) in the L intermediate of bacteriorhodopsin." Biochemistry. 34. 7088-7093 (1995)
[Publications] Sasaki,J.: "Conversion of bacteriorhodopsin into a chloride ion pump." Science. 269. 73-75 (1995)
[Publications] Brown,L.S.: "The complex extracellular domain regulates the deprotonation and reprotonation of the retinal Schiff base during the bacteriorhodopsin photocycle." Biochemistry. 34. 12903-12911 (1995)
[Publications] Varo,G.: "Light-driven chloride ion transport by halorhodopsin from Natronbacterium pharaonis.I.The photochemical cycle." Biochemistry. 34. 14490-14499 (1995)
[Publications] Brown,L.S.: "Glutamic acid 204 is the terminal proton release group at the extracellular surface of bacteriorhodopsin" J.Biol.Chem.270. 27122-27126 (1995)
[Publications] Kandori,H.: "ETIR spectroscopy reveals microscopic structural changes of the protein around the rhodopsin chromophore upon photoisomerization." Biochemistry. 34. 14220-14229 (1995)
[Publications] Nishimura,S.: "Structural changes in the lumirhodopsin-to-metarhodopsin I conversion of air-dried bovine rhodopsin." Biochemistry. 34. 16758-16763 (1995)

1995 Fiscal Year Annual Research Report

バクテリオロドプシンのプロトントランスポータとチャネル

Principal Investigator

前田 章夫 京都大学, 大学院・理学研究科, 教授 (20012370)

Research Products

[Publications] Yamazaki,Y.: "Interaction of tryptophan-182 with the retinal 9-methyl group in the L intermediate 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-outof-planev ibrations." Biophys.Chem.56. 71-78 (1995)

[Publications] Cao,Y.: "Relationship of proton release at the extracellular surface to deprotonation of the Schiff base in the bacteriorhodopsin photocycle." Biophys.J.68. 1518-1530 (1995)

[Publications] Kandori,H.: "Water-mediated proton transfer in proteins:An FTIR study of bacteriorhodopsin." J.Am.Chem.Soc.117. 2118-2119 (1995)

[Publications] Sasaki,J.: "Nanosecond time-resolved infrared spectroscopy distinguishes two K species in the bacteriorhodopsin photocycle." Biophys.J.68. 2073-2080 (1995)

[Publications] Yamazaki,Y.: "Water structural changes at the proton uptake site (the Thr46-Asp96 domain) in the L intermediate of bacteriorhodopsin." Biochemistry. 34. 7088-7093 (1995)

[Publications] Sasaki,J.: "Conversion of bacteriorhodopsin into a chloride ion pump." Science. 269. 73-75 (1995)

[Publications] Brown,L.S.: "The complex extracellular domain regulates the deprotonation and reprotonation of the retinal Schiff base during the bacteriorhodopsin photocycle." Biochemistry. 34. 12903-12911 (1995)

[Publications] Varo,G.: "Light-driven chloride ion transport by halorhodopsin from Natronbacterium pharaonis.I.The photochemical cycle." Biochemistry. 34. 14490-14499 (1995)

[Publications] Brown,L.S.: "Glutamic acid 204 is the terminal proton release group at the extracellular surface of bacteriorhodopsin" J.Biol.Chem.270. 27122-27126 (1995)

[Publications] Kandori,H.: "ETIR spectroscopy reveals microscopic structural changes of the protein around the rhodopsin chromophore upon photoisomerization." Biochemistry. 34. 14220-14229 (1995)

[Publications] Nishimura,S.: "Structural changes in the lumirhodopsin-to-metarhodopsin I conversion of air-dried bovine rhodopsin." Biochemistry. 34. 16758-16763 (1995)

前田章夫京都大学, 大学院・理学研究科, 教授 (20012370)