生体色素の光反応にカップルした高速蛋白ダイナミクスの時間分解振動分光法による解明

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12045264
• Research Institution: Okazaki National Research Institutes
• Principal Investigator: 北川 禎三 岡崎国立共同研究機構, 統合バイオサイエンスセンター, 教授 (40029955)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 水谷 泰久 神戸大学, 分子フォトサイエンス研究センター, 助教授 (60270469)
• Keywords: 時間分解共鳴ラマン / ミオグロビン / 蛋白質高速ダイナミクス / 蛋白質3次構造変化 / 光解離 / アミロイド

Research Abstract

5月に特定領域の領域会議があり、第一班の班長として班員の研究発表会を主催すると共に、自分の研究成果の報告をした。また2002年9月の化学会秋季年会と合同で開催された本特定領域の公開シンポジウムにおいて「酸素分子センサー蛋白、HemATの情報感知機構」と題する招待講演をした。
ミオグロビンの一酸化炭素光解離後の蛋白構造変化をピコ秒の時間分解共鳴ラマン法で追跡し、鉄-ヒスチジン伸縮振動の振動数が時定数100ピコ秒で変化する事を見つけた。その時定数が溶液の粘度を高くすると長くなり、両者を対数プロットすると直線になる事から、この振動数変化が蛋白全体の構造変化を反映している事がわかった。すなわち、鉄イオンの低スピン→高スピン変化による0.4Åの面外変位が蛋白全体の構造変化を誘起している事が明らかになった。
大腸菌の酸素分子センサー蛋白で、フォスフォジエテラーゼ活性を有する新規蛋白質、Dosのヘムドメイン及び全蛋白質の共鳴ラマンスペクトルを調べた。野生型では鉄2価の時にHis77とMet95が配位し、COやO_2はMet95を押しのけて鉄に結合する事、結合したO_2は周囲の残基と強い水素結合をしている事、そしてO_2やCOを取り除いた時にMet95の配位する元の構造に戻る速度がシグナリングドメインの有無で大きく変わる事が明らかになった。
ミクログロブリンのアミロイド化過程を顕微赤外分光法で追跡した。β_2ミクログロブリンの精製法、フィブリル化のさせ方等を阪大蛋白研の後藤研究室に出向して習った。一方赤外顕微鏡システムを岡崎に組立て、干渉分光法でミクロフィブリルの赤外吸収を偏光で測定する事に成功した。そのコアとなる11残基のペプチドで同種の実験を試みた。

Research Products

• [Publications] T.Kitagawa, N.Haruta, Y.Mizutani: "Time-resolved resonance Raman study on ultrafast structural relaxation and vibrational cooling of photodissociated carbonmonoxy myoglobin"Biopolymers(Biospectroscopy). 67. 207-213 (2002)
• [Publications] M.Aki他5名: "Uv resonance Raman characterization of model compounds of Tyr244 of Bovine cytoclirome c oxidase in its neutral-, deprotonated anion-, and deprotonated neutral radical-forms ; Effects of covalent binding between tyrosine and histidine"Journal of Physical Chemistry. 106. 3436-3444 (2002)
• [Publications] S.Aono他6名: "Resonance Raman and ligand binding studies of the oxygen sensing signal transducer protein HemAT from Bacillus subtilis"Journal of Biological Chemistry. 277. 13528-13538 (2002)
• [Publications] N.Haruta, T.Kitagawa: "Time-resolved UV resonance Raman investigation of protein folding using a rapid mixer : Characterization of kinetic folding intermediates of apomyoglobin"Biochemistry. 41. 6595-6604 (2002)
• [Publications] Y.Mizutani, T.Kitagawa: "Vibrational energy relaxation of metalloporphyrins in a condensed phase probed by time-resolved resonance Raman spectroscopy"Bullutin of the Chemical Society of Japan. 75. 623-639 (2002)
• [Publications] A.Sato他6名: "Stationary and time-resolved resonance Raman spectra of His77 and Met95 mutants of the isolated heme domain of a direct oxygen sensor from Escherichia coli"Journal of Biological Chemistry. 277. 32650-32658 (2002)