2003 Fiscal Year Annual Research Report

バクテリオロドプシンのポンプスイッチはどこにあるのか

Research Project

Project/Area Number	14380316
Research Institution	Nagoya Institute of Technology
Principal Investigator	神取秀樹名古屋工業大学, 工学研究科, 教授 (70202033)
Keywords	プロトンポンプ / 能動輸送 / エントロピー減少 / レチナール / 光異性化反応 / 赤外分光法 / 水素結合ネットワーク / 内部結合水
Research Abstract	分子ポンプは濃度勾配に逆らってイオンを(能動)輸送することができるが、そのメカニズムは全くわかっていない。本研究では、バクテリオロドプシンの一方向性が決定される機構を明らかにするため、ポンプのスイッチ(方向性を決定する部分)がどこにあるのかを実験的に調べることを試みた。平成15年度は、バクテリオロドプシンやフォボロドプシンに対する低温偏光赤外分光などを用いて以下のような研究成果が得られた。バクテリオロドプシンのプロトン移動において、内部結合水は重要なはたらきをしているものと考えられている。我々はこれまでに極低温で安定化されるK中間体に対する低温偏光赤外分光法を行い、水分子の水素結合変化に関する情報を得てきた。今回、後期中間体に対する同様の実験を行い、蛋白質内部でのプロトン移動に関する新しいモデルを提案することができた光をエネルギーに変換するバクテリオロドプシンに対して、同じ古細菌ロドプシンでありながらフォボロドプシンは伝達蛋白質を活性化することによって光を情報へと変換する。そして伝達蛋白質が存在しないとプロトンをポンプすることが知られている。そこで、バクテリオロドプシンを対照としたフォボロドプシンの低温赤外分光による構造変化の解析を行った。その結果、プロトン移動に関与するフォボロドブシンの特異な構造変化を観測するとともに、伝達蛋白質との複合体形成における蛋白質の構造変化の情報を得ることに成功した。

Research Products
(15 results)

All Other

All Publications (15 results)

[Publications] T.Tanimoto et al.: "Structural Changes of Water in the Schiff Base Region of Bacteriorhodopsin : Proposal of a Hydration Switch Model"Biochemistry. 42. 2300-2306 (2003)
[Publications] M.Iwamoto et al.: "Proton Transfer Reactions in the F86D and F86E Mutants of Pharaonis Phoborhodopsin (Sensory Rhodopsin II)"Biochemistry. 42. 2790-2796 (2003)
[Publications] Y.Furutani et al.: "FTIR Spectroscopy of the complex between pharaonis Phoborhodopsin and its Transducer Protein"Biochemistry. 42. 4837-4842 (2003)
[Publications] K.Shimono et al.: "Vibrational Modes of the Protonated Schiff Base in pharaonis Phoborhodopsin"Biochemistry. 42. 7801-7806 (2003)
[Publications] T.Iwata et al.: "Light-induced structural changes in the LOV2 domain of Adiantum phytochrome3 studied by low-temperature FTIR and UV-visible spectroscopy"Biochemistry. 42. 8183-8191 (2003)
[Publications] Y.Furutani et al.: "Structural Changes in Lumirhodopsin and Metarhodopsin I Studied by their Photoreactions at 77 K"Biochemistry. 42. 8494-8500 (2003)
[Publications] Y.Furutani et al.: "Structural Changes of Water Molecules during the Photoactivation Processes in Bovine Rhodopsin"Biochemistry. 42. 9619-9625 (2003)
[Publications] M.Shibata et al.: "Water molecules in the Schiff Base Region of Bacteriorhodopsin"J.Am.Chem Soc.. 125. 13312-13313 (2003)
[Publications] Y.Sudo et al.: "Hydrogen bonding alteration of Thr2O4 in the complex between pharaonis phoborhodopsin and its transducer protein"Biochemistry. 42. 14166-14172 (2003)
[Publications] Y.Furutani et al.: "FTIR Spectroscopy of the O Photointermediate in phdraonis Phoborhodopsin"Biochemistry. (発表予定). (2004)
[Publications] M.Iwamoto et al.: "Photochemical properties of pharaonis phoborhodopsin (sensory rhodopsin II)"Recent Res.Develp.Chem.. 1. 15-30 (2003)
[Publications] 神取秀樹: "視覚の初期過程における光化学反応"レーザー研究. 31. 184-189 (2003)
[Publications] 神取秀樹: "ロドプシンを究める"日本化学会、生体機能関連化学部会News Letter. 17. 10-13 (2003)
[Publications] H.Kandori: "Hydration Switch Model for the proton transfer in the Schiff base region of bacteniorhodopsin"Biochim.Biophys.Acta. (In press). (2004)
[Publications] 柴田幹大, 神取秀樹: "バクテリオロドプシンにおける内部結合水の振動解析"生物物理. (印刷中). (2004)

2003 Fiscal Year Annual Research Report

バクテリオロドプシンのポンプスイッチはどこにあるのか

Principal Investigator

神取 秀樹 名古屋工業大学, 工学研究科, 教授 (70202033)

Research Products

[Publications] T.Tanimoto et al.: "Structural Changes of Water in the Schiff Base Region of Bacteriorhodopsin : Proposal of a Hydration Switch Model"Biochemistry. 42. 2300-2306 (2003)

[Publications] M.Iwamoto et al.: "Proton Transfer Reactions in the F86D and F86E Mutants of Pharaonis Phoborhodopsin (Sensory Rhodopsin II)"Biochemistry. 42. 2790-2796 (2003)

[Publications] Y.Furutani et al.: "FTIR Spectroscopy of the complex between pharaonis Phoborhodopsin and its Transducer Protein"Biochemistry. 42. 4837-4842 (2003)

[Publications] K.Shimono et al.: "Vibrational Modes of the Protonated Schiff Base in pharaonis Phoborhodopsin"Biochemistry. 42. 7801-7806 (2003)

[Publications] T.Iwata et al.: "Light-induced structural changes in the LOV2 domain of Adiantum phytochrome3 studied by low-temperature FTIR and UV-visible spectroscopy"Biochemistry. 42. 8183-8191 (2003)

[Publications] Y.Furutani et al.: "Structural Changes in Lumirhodopsin and Metarhodopsin I Studied by their Photoreactions at 77 K"Biochemistry. 42. 8494-8500 (2003)

[Publications] Y.Furutani et al.: "Structural Changes of Water Molecules during the Photoactivation Processes in Bovine Rhodopsin"Biochemistry. 42. 9619-9625 (2003)

[Publications] M.Shibata et al.: "Water molecules in the Schiff Base Region of Bacteriorhodopsin"J.Am.Chem Soc.. 125. 13312-13313 (2003)

[Publications] Y.Sudo et al.: "Hydrogen bonding alteration of Thr2O4 in the complex between pharaonis phoborhodopsin and its transducer protein"Biochemistry. 42. 14166-14172 (2003)

[Publications] Y.Furutani et al.: "FTIR Spectroscopy of the O Photointermediate in phdraonis Phoborhodopsin"Biochemistry. (発表予定). (2004)

[Publications] M.Iwamoto et al.: "Photochemical properties of pharaonis phoborhodopsin (sensory rhodopsin II)"Recent Res.Develp.Chem.. 1. 15-30 (2003)

[Publications] 神取秀樹: "視覚の初期過程における光化学反応"レーザー研究. 31. 184-189 (2003)

[Publications] 神取秀樹: "ロドプシンを究める"日本化学会、生体機能関連化学部会News Letter. 17. 10-13 (2003)

[Publications] H.Kandori: "Hydration Switch Model for the proton transfer in the Schiff base region of bacteniorhodopsin"Biochim.Biophys.Acta. (In press). (2004)

[Publications] 柴田幹大, 神取秀樹: "バクテリオロドプシンにおける内部結合水の振動解析"生物物理. (印刷中). (2004)

神取秀樹名古屋工業大学, 工学研究科, 教授 (70202033)