1999 Fiscal Year Annual Research Report
Project/Area Number |
10044092
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Research Institution | Himeji Institute of Technology |
Principal Investigator |
斉藤 肇 姫路工業大学, 理学部, 教授 (30100150)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
片岡 幹雄 奈良先端技術大学院大学, 物質創生科学研究科, 教授 (30150254)
辻 暁 姫路工業大学, 理学部, 助手 (60227387)
内藤 晶 姫路工業大学, 理学部, 助教授 (80172245)
神取 秀樹 京都大学, 大学院・理学研究科, 講師 (70202033)
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Keywords | 膜蛋白質 / バクテリオロドプシン / 固体NMR / 赤外分光学 / X線回折 / 光異性化反応 / プロトンポンプ |
Research Abstract |
バクテリオロドプシン(bR)のプロトンポンプ活性機構について、米国カリホルニア大学Lanyi教授、ウエイン州立大学Needleman教授との位置特異的変異蛋白質のデザインおよび調整を軸に、固体高分解能NMR、赤外分光学、X線回折の三つの面からの日米共同研究を行い、日米共同研究により以下の結果を得た。 (1)固体NMR プロトンポンプは、光吸収によるレチナールの異性化、細胞外側でのプロトン放出、細胞質側でのプロトンのとりこみ、シッフ塩基の脱プロトン化によるAsp85へのプロトン移動によって生じる。この間の蛋白質骨格構造の変化を知るために、[1-^<13>C]Val-標識bRおよびD85N変異株のスペクトルを高アルカリ状態で調べた。後者の変異株はAsp85のプロトン付加に対応しM中間体様構造において、ヘリックスBおよびB-Cループに大きな構造変化をもたらすことを明らかにするとともに、蛋白構造変化への寄与の重要性を指摘することができた。 (2)赤外分光学 レチナールの光異性化反応における蛋白質側の構造変化を詳細に知るために、偏光赤外分光学測定を行った。光異性化にともなう蛋白質構造変化の解析を行い、重水置換可能なO-H伸縮振動から、89位のスレオニン残基において、異性化反応にともなって水素結合強度が強まることを観測することができた。 (3)X線回折 時分割測定の可能性を拡張するために、紫膜の光反応の時間分解X線小角回折データに対して、特異値分解法を適用した。その結果、光吸収後に生成するシッフ塩基の脱プロトン化からの戻り反応において、2っつの異なる構造をとることが明らかになった。すなわち、速い成分はMに、遅い成分はN中間体の構造の特長を示すことがわかった。なお、米国側では、単結晶のX線回折により基底状態およびM中間体における高分解能の3次元構造の解析に成功している。
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Research Products
(20 results)
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[Publications] S.Tuzi: "Localization of a cation binding site in the loop between helices F and G of bacteriorhodopsin as studied by ^<13>C NMR"Biophysical Journal. 76. 1523-1531
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[Publications] M.Kamihira: "Phenyl ring dynamics of enkephalin mo************* solventss in the crystalline state by ^2H NMR spectroscopy"Journal of Physical Chemistry,A. 103. 3356-3363
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[Publications] M.Tanio: "Long-distance effects of site-directed mutations on backbone conformation in bacteriorhodopsin from solid state NMR of [1-^<13>C]Val-labeled proteins"Biophysical Journal. 77. 431-442
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[Publications] M.Tanio: "Conformational changes of bacteriorhodopsin along the proton-conductance chain as studied with ^<13>C NMR of [3-^<13>C]Ala-labeled protein :Arg 82 may function as information mediator"Biophysical Journal. 77. 1577-1584
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[Publications] K.Nishimura: "Analysis of dipolar dephasing pattern in I-S_n multispin system for obtaining the information of molecular packing and its application to crystalline N-acetyl-Pro-Gly-Phe by REDOR solid state NMR"Journal of Physical Chemistry B. 103. 8398-8408
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[Publications] S.Yamaguchi: "Irreversible conformational change of bacteri-opsin induced by binding of the retinal in the in vitro folding to bacteriorhodopsin as studied by ^<13>C NMR"Journal of Biochemistry(Tokyo). (in press).
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[Publications] M.Kamihira: "Conformational transitions and fibrillaation mechanism of human carcitonin as studied high resolution solid state ^<13>C NMR"Protein Science,. (in Press). (2000)
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[Publications] A Naito: "Conformation and dynamics of mellitin bound to magnetically oriented lipid bilayers solid state ^<13>C NMR"Biophysical Journal. (2000)
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[Publications] H,Saito: "Conformation and backbone dynamics ofbacteriorhodopsin Revealed by ^<13>C NMR"Biochimica et Biophysica Acta. (in press). (2000)
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[Publications] M.Kataoka: "Low energy dynamics of globular proteins studied by inelastic neutron scattering"Journal of Physical Chemistry of Solid. 1285-1289 (1999)
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[Publications] M.Kataoka: "Dynamical and structural modifications of staphylococcal nyclease on C-terninal truncation,"Physica B. 226. 20-26 (1999)
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[Publications] T.Oka: "Conformational change of helix G in the bacteriorhodopsin photocycle:Investigation with heavy atom labeling and X-ray diffraction"Biophysical Journal. 76. 1018-1023 (1999)
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[Publications] D.Hamada: "Evidence for the nature of rate-limiting steps in protein folding by analysis of the effects of 2,2,2-trifluoroethanol,"Nature Structural Biology. 7. 58-61 (2000)
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[Publications] M.Kataoka: "Structures of photointermediates and their implication to the proton pump mechanism"Biochimica Biophysica Acta. (in press). (2000)
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[Publications] Y.Yamazaki: "Fourier Transform Infrared Studies on Conformation Changes of bd-type Ubiquinol Oxidase from Escherichia coli upon Photoreduction of the Redox Metal Centers"Journal of Biochemistry. 125. 1131-1136 (1999)
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[Publications] Young-Shin Chon: "Existence of Two L Photointermediates of Halorhodopsin from Halobacterium salinarum,Different in their Protein and Water FTIR Bands"Biochemistry. 38. 9449-9455 (1999)
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[Publications] H.Kandori: "Structural Change of Threonine 89 upon Photoisomerization in Bacteriorhodopsin as Revealed by Polarized FTIR Spectroscopy"Biochemistry. 38. 9676-9683 (1999)
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[Publications] H.Kandori: "Role of Internal Water Molecules in Bacteriorhodopsin"Biochimica et Biophysica Acta. (in press). (2000)
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[Publications] M.Kamihira: "Peptide Science 1998"Protein Research Foundation. 337-340
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[Publications] M.Kamihira: "Peptide Science 1998"Protein Research Foundation. 85-88