変異イエロープロテインを用いた光反応に必須なアミノ酸残基と高次構造の研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09833004
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 今元 泰 大阪大学, 大学院・理学研究科, 助手 (80263200)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 徳永 史生 大阪大学, 大学院・理学研究科, 教授 (80025452)
• Keywords: 蛋白質高次構造 / フーリエ変換赤外分光 / 異性化 / 振動モード / 光反応初期過程 / 同位体ラベル / 光反応サイクル / 中間体

Research Abstract

紅色光合成細菌Ectothiorhodospira halophilaに見出された水溶性の光受容蛋白質であるPhotoactive yellow protein(PYP)は、結晶構造解析やNMRで、高次構造が高分解能で解明されている。そのため、生物における光受容メカニズムを原子レベルで解明するために現在最も好適な蛋白質である。本研究の開始時点では、大腸菌による効率よい発現系がまだ確立されていなかったために、化学修飾を加えたPYPを用いた研究は、さほど進んでいなかった。そこで本研究では、われわれが確立した発現系を用いて発色団に同位体ラベルを導入し、フーリエ変換赤外分光法(FTIR)によってPYPの光反応中の発色団の挙動を解析した。
トランスクマル酸に光照射するとシス型に異性化することが知られている。そこでこの反応を利用して、FTIRによってシスクマル酸に特異的な赤外振動モードを抽出した。次に、PYPの各中間体における差FTIRスペクトルを測定し、1.で抽出したシス型に特異的な振動モードが中間体でみられるかどうかを検討したところ、すべての中間体に同様のモードがみられたが、基底状態(暗状態)ではみられなかった。これらのモードは発色団の同位体ラベルによりシフトしたので、発色団の振動モードであることが確認された。
以上の結果はPYPの光反応初期過程がレチナール蛋白質のものと同様、発色団の異性化であることを示している。

Research Products

• [Publications] Kakitani,T.: "Deuterium substitution effect on the excited-state dynamics of rhodopsin." J.Phys.Chem.B102. 1334-1339 (1998)
• [Publications] Chosrowjan,H.: "Environmental effects on the femtosecond-picosecond fluorescence dynamics of photoactive yellow protein: chromophore in aqueous solutions and in protein nanospaces modified by site-directed mutagenesis." J.Phys.Chem.B102. 7695-7698 (1998)