2001 Fiscal Year Annual Research Report

レチナールの光受容からプロトンポンプまでの動的過程

Research Project

Project/Area Number	13024242
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
Research Institution	Nagoya Institute of Technology
Principal Investigator	神取秀樹名古屋工業大学, 工学部, 助教授 (70202033)
Keywords	バクテリオロドプシン / プロトンポンプ / レチナール / 異性化反応 / 光情報伝達 / 視物質 / 走光性 / 赤外分光法
Research Abstract	レチナールは視覚やバクテリアの光合成における鍵物質として、光受容から機能発現への道筋を橋渡しする分子である。本研究においては、バクテリオロドプシンのプロトンポンプ過程を解析し、生体内で実現している能動輸送の機構解明を目指している。特に、レチナールという鍵物質に注目し、レチナールの異性化反応がどのように一方向へのプロトンの輸送をもたらすのか、低温偏光赤外分光法などを用いて実験的に明らかにすることを試みた結果、本年度は以下の研究成果が得られた。フェムト秒蛍光分光法を用いて視物質ロドプシンや古細菌の光センサーであるフォボロドプシンの励起状態からの蛍光を実時間で観測することに成功し、レチナールが光受容して起こる超高速異性化反応の速度を決定するとともに、蛋白質という反応場の特異的な役割を明らかにすることができた。バクテリオロドプシンの低温偏光赤外分光を用いた構造解析から、プロトン移動の受容体であるAsp85と水素結合を形成するThr89はスイッチを構成しないことがわかった。古細菌の光センサーであるフォボロドプシンは、バクテリオロドプシンと異なって光を情報へと変換するが、伝達蛋白質が存在しないと低い効率でプロトンをポンプすることが知られている。そこで低温赤外分光を用いたフォボロドプシンとバクテリオロドプシンの比較研究を開始し、類似のレチナール発色団構造や特異な水分子の水素結合構造などを明らかにした。古細菌ロドプシンと同様に、鍵物資レチナールを発色団とする視物質ロドプシン、ニワトリの赤,感受性色素、緑感受性色素に対して低温赤外分光を行い、それぞれに特異な蛋白質構造を明らかにした。

Research Products
(15 results)

All Other

All Publications (15 results)

[Publications] H.Kandri et al.: "Photoisomerization of the Rhodopsin Chromophore in Clay Interlayers at 77 K"Chem. Phys. Lett.. (in press). (2002)
[Publications] H.Kandri et al.: "Excited-State Dynamics of pharaonis Phoborhodopsin Probed by Femtosecond Fluorescence Spectroscopy"J. Phys. Chem. A. (in press). (2002)
[Publications] T.Nagata et al.: "Isomer-Specific Interaction of the Retinal Chromophore with Threonine-118 in Rhodopsin"J. Phys. Chem. A. (in press). (2002)
[Publications] H.Kandori et al.: "Internal Water Molecules of pharaonis Phoborhodopsin Studied by Low-Temperature Infrared Spectroscopy"Biochemistry. 40. 15693-15699 (2001)
[Publications] H.Kandori et al.: "Structural Changes of pharaonis Phoborhodopsin upon Photoisomerization of the Retinal Chromophore : Infrared Spectral Comparison with Bacteriorhodopsin"Biochemistry. 40. 9238-9246 (2001)
[Publications] H.Imai et al.: "Difference in Molecular Stlucture of Rod and Cone Visual Pigments Studied by Fourier Transform Infrared Spectroscopy"Biochemistry. 40. 2879-2886 (2001)
[Publications] H.Kandori et al.: "Tight Asp85-Thr89 Association during the Pump Switch of Bacteriorhodopsin"Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 98. 1571-1576 (2001)
[Publications] H.Kandori et al.: "Excited-State Dynamics of Rhodopsin Probed by Femtosecond Fluorescence Spectroscopy"Chem. Phys. Lett. 334. 271-276 (2001)
[Publications] T.Hirano et al.: "Chloride Effect on Iodopsin Studied by Low-Temperature Visible and Infrared Spectroscopies"Biochemistry. 40. 1385-1392 (2001)
[Publications] H.Kandori et al.: "Photoisomerization in Rhodopsin"Biochemistry(Moscow). 66. 1197-1209 (2001)
[Publications] H.Kandori: "FTIR Spectroscopy Monitors Internal Water Molecules of Proteins At Work"Recent Research Development in Phys. Chem.. 5. 161-183 (2001)
[Publications] 神取秀樹, 加茂直樹: "フォボロドプシンの結晶構造と波長制御・光情報伝達機構"蛋白質核酸酵素. (印刷中). (2002)
[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. 56. 75-82 (2001)
[Publications] 神取秀樹: "プロトンをポンプするための蛋白質の『動き』"現代化学. 358. 55-57 (2001)
[Publications] 神取秀樹: "ロドプシンの反応ダイナミクス"物性研究. 75. 752-766 (2001)

2001 Fiscal Year Annual Research Report

レチナールの光受容からプロトンポンプまでの動的過程

Principal Investigator

神取 秀樹 名古屋工業大学, 工学部, 助教授 (70202033)

Research Products

[Publications] H.Kandri et al.: "Photoisomerization of the Rhodopsin Chromophore in Clay Interlayers at 77 K"Chem. Phys. Lett.. (in press). (2002)

[Publications] H.Kandri et al.: "Excited-State Dynamics of pharaonis Phoborhodopsin Probed by Femtosecond Fluorescence Spectroscopy"J. Phys. Chem. A. (in press). (2002)

[Publications] T.Nagata et al.: "Isomer-Specific Interaction of the Retinal Chromophore with Threonine-118 in Rhodopsin"J. Phys. Chem. A. (in press). (2002)

[Publications] H.Kandori et al.: "Internal Water Molecules of pharaonis Phoborhodopsin Studied by Low-Temperature Infrared Spectroscopy"Biochemistry. 40. 15693-15699 (2001)

[Publications] H.Kandori et al.: "Structural Changes of pharaonis Phoborhodopsin upon Photoisomerization of the Retinal Chromophore : Infrared Spectral Comparison with Bacteriorhodopsin"Biochemistry. 40. 9238-9246 (2001)

[Publications] H.Imai et al.: "Difference in Molecular Stlucture of Rod and Cone Visual Pigments Studied by Fourier Transform Infrared Spectroscopy"Biochemistry. 40. 2879-2886 (2001)

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

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

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

[Publications] H.Kandori et al.: "Photoisomerization in Rhodopsin"Biochemistry(Moscow). 66. 1197-1209 (2001)

[Publications] H.Kandori: "FTIR Spectroscopy Monitors Internal Water Molecules of Proteins At Work"Recent Research Development in Phys. Chem.. 5. 161-183 (2001)

[Publications] 神取秀樹, 加茂直樹: "フォボロドプシンの結晶構造と波長制御・光情報伝達機構"蛋白質核酸酵素. (印刷中). (2002)

[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. 56. 75-82 (2001)

[Publications] 神取秀樹: "プロトンをポンプするための蛋白質の『動き』"現代化学. 358. 55-57 (2001)

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

神取秀樹名古屋工業大学, 工学部, 助教授 (70202033)