2017 Fiscal Year Annual Research Report
Geometry changes by photoinduced charge-separations in flavoproteins
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16H04097
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
小堀 康博 神戸大学, 分子フォトサイエンス研究センター, 教授 (00282038)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岩田 達也 東邦大学, 薬学部, 准教授 (20569917)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 生物物理 / シグナル伝達 / 進化 / 光エネルギー変換 / 電子スピン共鳴法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、光入力による動物の地磁気感受性や植物の向光性のシグナル伝達を起こすタンパク質複合体(クリプトクロム、青色受容タンパク質)を研究対象とし、酵素内部の電子、プロトンの移動によって起こるアミノ酸残基の立体構造変化を原子スケールで捉える。部位特異的変異導入法と多周波時間分解電子スピン共鳴法および、時間分解赤外分光法を駆使し、フラビン酵素の初期電子移動過程に伴う補酵素およびアミノ酸残基の立体的な位置と分子配向を決定する。さらに光電荷分離状態の電子的相互作用の値を特定し、長距離電荷分離に対してアミノ酸残基の水素結合や配位結合が電子伝達機能にどのように関わるのかについて分子論的機構を解明する。
300 mM NaCl, 0.1 M Tris HCl, pH 8.0, 30% (v/v) glycerolに溶解させたXenopus laevis CRY-DASHの天然型をアルゴンガスで脱気後サンプルチューブに封入し時間分解電子スピン共鳴測定に用いた。測定温度を240 Kとし、励起光源はナノ秒OPO laser (波長450 nm)を用いた。得られたスペクトル線形について、双極子間相互作用(d)など種々の異方性を考慮した一重項前駆体のスピン相関ラジカル対モデルによる再現を行った。さらにこの解析より特定の外部磁場強度において、電子スピン分極を外部磁場の各方向に対してマッピングする画像を取得し電荷分離構造の詳細を特徴づけた。さらに変異体試料についても時間分解電子スピン共鳴測定を進め、近距離電荷分離状態における電子的相互作用の大きさを特徴づけることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
測定温度を240 Kとした高温領域においては、小堀らが新たに開発した電子スピン分極イメージング法を用いることにより、長距離電荷分離状態の立体配置の詳細が世界で初めて明らかとなっている。得られた立体構造は、X線構造解析法で示された構造との差異が見られており電荷分離反応後に特定のトリプトファン残基の構造変化が起きたことを示唆している。このため当初予定よりも大きく進展していると評価することができる。
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| Strategy for Future Research Activity |
変異体試料についても同様の時間分解電子スピン共鳴計測、並びに電子スピン分極イメージング法による構造解析を進める。さらにパルスレーザー光の偏光方向(L)を外部磁場の空間的方向(B0)に対して変化させ電子スピン共鳴信号を検出する「磁場方向選別光励起法」を適用しイメージング計測の信頼度を高めた計測を進める。
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