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2002 Fiscal Year Annual Research Report

膜蛋白質の動的構造と信号認識、物質輸送

Research Project

Project/Area Number 14580629
Research InstitutionHimeji Institute of Technology

Principal Investigator

斉藤 肇  姫路工業大学, 理学研究科, 教授 (30100150)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 加茂 直樹  北海道大学, 大学院・薬学研究科, 教授 (10001976)
山口 悟  姫路工業大学, 大学院・理学研究科, 助手 (20347529)
辻 暁  姫路工業大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (60227387)
Keywords膜蛋白質 / バクテリオロドプシン / フォボロドプシン / ゆらぎ / ダイナミクス / 固体NMR
Research Abstract

バクテリオロドプシン(bR)、ファラオニス由来フォボロドプシン(ppR)は光をエネルギーとしそれぞれ光駆動プロトンポンプ、負の走光性をコントロールする膜蛋白質である。[3-^<13>C]Ala、[1-^<13>C]Val標識蛋白質を調製しその固体NMR測定を行うことにより以下の結果を得た。
1)二次元結晶化とダイナミクス 二次元結晶を作らないbR変異体W12L、W80Lでは蛋白質-蛋白質、蛋白質-脂質間の相互作用が大きく変化していることがわかった。bR一分子当たりの脂質の数が大幅に増大し、膜貫通α-ヘリックスの揺らぎの周波数が10^2から10^4Hzに変化することがわかった。
2)細胞質側ループ構造 bRの細胞質側ループはカチオンを介してループ間でバンドルを作っていることがわかった。また膜から突出したα-ヘリックスの構造変化によりプロトン輸送の調整をしていることを見い出した。
3)ppRの構造と揺らぎ 大腸菌発現したppRを脂質二重膜に再構成させた試料の固体NMR測定からppRはbRの動的構造の描像によく一致していることがわかった。しかし、ループ部位の[3-^<13>C]Ala標識信号の消失がみられ単量体でこの部分はデカップル周波数との干渉領域(10^5Hz)ていどの揺らぎを持つことがわかった。さらにトランスデューサーと結合することで揺らぎの周波数が一桁低下し、情報伝達への寄与が示唆された。

  • Research Products

    (16 results)

All Other

All Publications (16 results)

  • [Publications] S.Kimura: "Dynamics and Orientation of Transmembrane Peptide from Bacteriorhodopsin Incorporated into Lipid Bilayer as Revealed by Solid State ^<31>P and ^<13>C NMR Spectroscopy"Biopolymers. 63. 122-131 (2002)

  • [Publications] A.Naito: "Dynorphin Induced Magnetic Ordering in Lipid Bilayers as Studied by ^<31>P NMR Spectroscopy"Biochim. Biophys. Acta. 1558. 34-44 (2002)

  • [Publications] S.Kimura: "Dynamic Structure of Transmembrance α-helical Fragments of Bacteriorhodopsin Characterozed by ^<13>C Chemical Shift Tensor and Hydrogen Bond Distance by REDOR NMR"J. Mol. Struct. 602-603. 125-131 (2002)

  • [Publications] Y.Shindo: "Stepwise Conformational Transitions of Crystalline Disodium Adenosine 5'-Triphosphate with Relative Humidity as Studied by High Resolution Solid State ^<13>C and ^<31>P NMR"J. Mol. Struct. 602-603. 389-397 (2002)

  • [Publications] A.Fukutani: "Determination of Principal Components and Their Directions of ^<15>N Chemical Shift Tensor and N-H bond Lengths in Simple Peptides as Parameters for Characterization of N-H...O=C Hydrogen Bond"J. Mol. Struct. 602-603. 491-503 (2002)

  • [Publications] E.Alberti: "Study of Wheat High Molecular Weight 1D×5 Subunit by ^<13>C and ^1H Solid State NMR : II. The Roles of Non-Repctitive Terminal Domains and Length of Repetive Domain"Biopolymers (Biospectroscopy). 65. 158-168 (2002)

  • [Publications] H.Saito: "Residue-specific millisecond to microsecond fluctuations in bacteriorhodopsin induced by disrupted or disorganized two-dimensional crystalline lattice, through modified lipid-helix and helix-helix interactions, as revealed by ^<13>C NMR"Biochim. Biophys. Acta. 1565. 97-106 (2002)

  • [Publications] H.Saito: "Dynamic Structure of Bacteriorhodopsin Revealed by ^<13>C Solid-state NMR"J. Photosci. 9. 110-113 (2002)

  • [Publications] H.Saito: "Dynamic Aspect of Bacteriorhodopsin as Viewed from ^<13>C NMR : Conformational Elucidation, Surface Dynamics and Information Transfer from the Surface to Inner Residues"Spectroscopy. 16. 107-120 (2002)

  • [Publications] M.Kamihira: "Effect of Electrostatic Interaction on Fibril Formation of Human Calcitonin as Studied by High Resolution Solid-State ^<13>C NMR"J. Biol. Chem.. 278. 2859-2865 (2003)

  • [Publications] T.Arakawa: "Dynamic Structure of pharaonis Phoborhodopsin (Sensory Rhodopsin II) and Complex with a Cognate Truncated Transducer as Revealed by Site-directed ^<13>C Solid-state NMR"FEBS Lett.. 536. 237-240 (2003)

  • [Publications] K.Yonebayashi: "Cytoplasmic Surface Structures of Bacteriorhodopsin Modifed by Site-directed Mutations and Cation-bindings as Revealed by ^<13>C NMR"European Biophys. J.. 32. 1-11 (2003)

  • [Publications] H.Saito: "Dynamic Aspect of Bacteriorhodopsin as a Typical Membrane Protein as Revealed by Site-directred Solid-state ^<13>C NMR"Solid State NMR. (in press). (2003)

  • [Publications] H.Saito: "Site-directed ^<13>C Solid-state NMR Studies on Membrane Proteins : Strategy and Goals toward Revealing Conformation and Dynamics as Illustrated for ^<13>C-Labeled Bacteriorhodopsin"Magn. Reson. Chem.. (in press). (2003)

  • [Publications] H.Saito: "Annu. Rep. NMR Spectrosc."Academic Press, London. 39-108 (2002)

  • [Publications] A.Naito: "Encyclopedia of Nuclear Magnetic Resonance, Volume 9 : Advances in NMR"John-Wiley and Sons, Chichester. 283-291 (2002)

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Published: 2004-04-07   Modified: 2016-04-21  

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