2000 Fiscal Year Annual Research Report

偏光赤外分光を用いたロドプシンの動的構造解析

Research Project

Project/Area Number	11480193
Research Institution	KYOTO UNIVERSITY
Principal Investigator	神取秀樹京都大学, 大学院・理学研究科, 講師 (70202033)
Keywords	赤外分光 / ロドプシン / バクテリオロドプシン / 配向膜 / 水素結合 / 構造変化 / 同位体 / 変異蛋白質
Research Abstract	本研究では、ロドプシン類の配向試料に対する偏光赤外分光を行い、これらの蛋白質が機能を発現する際の動的構造変化を明らかにすることを目指した。主として赤外分光法を用いた研究により、本年度は以下のような成果が得られた。偏光赤外分光を用いて、我々はこれまでにないほどの高精度の測定系を構築しているが、これをバクテリオロドプシンの光異性化反応、プロトン移動反応に対して適用した。具体的には、異性化産物であるK中間体、プロトン移動前の状態であるL中間体、プロトン移動後の状態であるM中間体の赤外スペクトルを測定し、同位体標識試料や変異蛋白質試料を用いて振動バンドを同定した。その結果、異性化反応によってバクテリオロドプシン中に存在する18個のスレオニンの中で3個だけが構造変化することが明らかになった。これは異性化によって蛋白質の大きな構造変化は起こらない、という考えを支持する実験結果である。一方、発色団から11A以上離れた17位のスレオニンに水素結合変化が見られたことは、構造変化のための特異なチャネルの存在を示唆するものである。さらに、重水置換可能なO-H基をもつ89位のスレオニンは異性化によって水素結合が強くなるが、この水素結合はL、M中間体でも変わらないことがわかった。これは、89位のスレオニンがポンプのためのスイッチ部位を構成しないことを意味する実験事実である。さらに細菌の光センサーであるイエロープロテイン、視物質の中で色覚を担う赤感受性色素や緑感受性色素の赤外分光により、機能発現過程における蛋白質の側の構造変化を明らかにした。また、フェムト秒蛍光分光法を用いて視物質ロドプシンの測定を行い、励起状態における異性化反応過程を明らかにした。

Research Products
(16 results)

All Other

All Publications (16 results)

[Publications] Kandovi,H.: "Local and Distant Protein Structural Changes upon Photorisomerization of the Retinal in Bactriorhodopsin"Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 97. 4643-4648 (2000)
[Publications] Kandori,H.: "Water Structural Changes Involved in the Activation Process of Photoactive Yellow Protein"Biochemistry. 39. 7902-7909 (2000)
[Publications] Maedo,A.: "Relocation of Internal Bound Water in Bacteriordopsin during the Photoreaction of M at Low Temperature : An FTIR Study"Biochemistry. 39. 10154-10162 (2000)
[Publications] Kandori,H.: "Direct Observation of the Bridged Water Stretching Vibrations inside a Protein"J.Am.Chem.Soc.. 122. 11745-11746 (2000)
[Publications] Kandori,H: "Role of Internal Water Molecules in Bacteriorhodopsin"Biochim.Biophys.Acta. 1460. 177-191 (2000)
[Publications] Hirano,T.: "Chloride Effect or Iodopsin Studied by Low-Temperature Visible and Infrared Spectroscopies"Biochemistry. 40. 1385-1392 (2001)
[Publications] Kandori,H.: "Excited-State Dynamics of Rhodopsin Probed by Femtosecond Fluorescerice Spectroscopy"Chem.Phys.Lett.. 334. 271-276 (2001)
[Publications] Kandori,H.: "Tight Asp85-Thr89 Association during the Pump Switch of Bacteriorhodopsin"Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 98. 1571-1576 (2001)
[Publications] Imai,H.: "Difference in Molecular Structure of Rod and Cone Uisual Pigments Studied by Fourier Transform Infrared Spectroscopy"Biochemistry. 40in press. (2001)
[Publications] 神取秀樹: "ロドプシンの光反応ダイナミクス"物性研究. 75. 752-766 (2001)
[Publications] 神取秀樹: "プロトンを能動輸送するためのタンパク質の「動き」:バクテリオロドプシンの中間体構造からわかったこと"現代化学. 1月号. 55-57 (2001)
[Publications] 神取秀樹: "タンパク質分子ポンプのダイナミズム"日本物理学会誌. 2月号. 75-82 (2001)
[Publications] 神取秀樹: "季刊化学総説「超高速化学ダイナミクス(ピコ・フェムト秒領域の化学)」"日本化学会. 11 (2000)
[Publications] 山崎洋一: "シリーズ・ニューバイオフィジックスII「ポンプとトランスポーター」"共立出版(日本生物物理学会編). 15 (2000)
[Publications] 神取秀樹: "バイオサイエンスの新世紀:第7巻生体膜のエネルギー装置"共立出版(日本生化学会編). 13 (2000)
[Publications] 神取秀樹: "生体とエネルギーの物理:生命力のみなもと"裳華房(日本物理学会編). 29 (2000)

2000 Fiscal Year Annual Research Report

偏光赤外分光を用いたロドプシンの動的構造解析

Principal Investigator

神取 秀樹 京都大学, 大学院・理学研究科, 講師 (70202033)

Research Products

[Publications] Kandovi,H.: "Local and Distant Protein Structural Changes upon Photorisomerization of the Retinal in Bactriorhodopsin"Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 97. 4643-4648 (2000)

[Publications] Kandori,H.: "Water Structural Changes Involved in the Activation Process of Photoactive Yellow Protein"Biochemistry. 39. 7902-7909 (2000)

[Publications] Maedo,A.: "Relocation of Internal Bound Water in Bacteriordopsin during the Photoreaction of M at Low Temperature : An FTIR Study"Biochemistry. 39. 10154-10162 (2000)

[Publications] Kandori,H.: "Direct Observation of the Bridged Water Stretching Vibrations inside a Protein"J.Am.Chem.Soc.. 122. 11745-11746 (2000)

[Publications] Kandori,H: "Role of Internal Water Molecules in Bacteriorhodopsin"Biochim.Biophys.Acta. 1460. 177-191 (2000)

[Publications] Hirano,T.: "Chloride Effect or Iodopsin Studied by Low-Temperature Visible and Infrared Spectroscopies"Biochemistry. 40. 1385-1392 (2001)

[Publications] Kandori,H.: "Excited-State Dynamics of Rhodopsin Probed by Femtosecond Fluorescerice Spectroscopy"Chem.Phys.Lett.. 334. 271-276 (2001)

[Publications] Kandori,H.: "Tight Asp85-Thr89 Association during the Pump Switch of Bacteriorhodopsin"Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 98. 1571-1576 (2001)

[Publications] Imai,H.: "Difference in Molecular Structure of Rod and Cone Uisual Pigments Studied by Fourier Transform Infrared Spectroscopy"Biochemistry. 40in press. (2001)

[Publications] 神取秀樹: "ロドプシンの光反応ダイナミクス"物性研究. 75. 752-766 (2001)

[Publications] 神取秀樹: "プロトンを能動輸送するためのタンパク質の「動き」:バクテリオロドプシンの中間体構造からわかったこと"現代化学. 1月号. 55-57 (2001)

[Publications] 神取秀樹: "タンパク質分子ポンプのダイナミズム"日本物理学会誌. 2月号. 75-82 (2001)

[Publications] 神取秀樹: "季刊化学総説「超高速化学ダイナミクス(ピコ・フェムト秒領域の化学)」"日本化学会. 11 (2000)

[Publications] 山崎洋一: "シリーズ・ニューバイオフィジックスII「ポンプとトランスポーター」"共立出版(日本生物物理学会 編). 15 (2000)

[Publications] 神取秀樹: "バイオサイエンスの新世紀:第7巻生体膜のエネルギー装置"共立出版(日本生化学会 編). 13 (2000)

[Publications] 神取秀樹: "生体とエネルギーの物理:生命力のみなもと"裳華房(日本物理学会 編). 29 (2000)

神取秀樹京都大学, 大学院・理学研究科, 講師 (70202033)

[Publications] 山崎洋一: "シリーズ・ニューバイオフィジックスII「ポンプとトランスポーター」"共立出版(日本生物物理学会編). 15 (2000)

[Publications] 神取秀樹: "バイオサイエンスの新世紀:第7巻生体膜のエネルギー装置"共立出版(日本生化学会編). 13 (2000)

[Publications] 神取秀樹: "生体とエネルギーの物理:生命力のみなもと"裳華房(日本物理学会編). 29 (2000)