2018 Fiscal Year Annual Research Report
Regulation mechanism of direction of the proton translocation in proteorhodopsin
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16K18519
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| Research Institution | Matsuyama University |
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Principal Investigator |
田母神 淳 松山大学, 薬学部, 助教 (30580089)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 生体エネルギー変換 / 微生物型ロドプシン / レチナール / フォトサイクル / プロトン移動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
海洋微生物がもつ光駆動H+ポンプであるプロテオロドプシン（PR）のH+輸送方向のpH変化（中性→アルカリ性）による変換の機構を探り、最終的には微生物型ロドプシンのH+輸送方向を決める仕組みの理解へと繋げることが本研究のねらいである。H+を細胞内（CP）から細胞外（EC）へ一方向に輸送するバクテリオロドプシン（BR）では、活性中心であるH+化レチナールシッフ塩基からCP側へはH+が放出されず、輸送の向きの逆転を防ぐための機構が次のように提案されている。それはCP側の膜貫通領域が暗状態では疎水的な状態になっているが、光中間体形成時に構造変化することで、この領域の親水性を高め、H+がCP側からタンパク質内部へと取り込まれるというものである。そこで、CP側の膜貫通領域がPRでは親水性・疎水性のどちらの状態をとっているのかを探ることがBRのような一方向のポンプとの違いを明らかにするための１つの手掛かりになると考え、ヒドロキシルアミン（HA）による発色団の退色反応を暗状態下・光照射下の両方で調べた。一般に、微生物型ロドプシンは、暗状態ではCP側が疎水的、EC側は比較的親水的な環境となっているため、ミセル形成時は、水溶性試薬のHAは、主に親水的なEC側の領域から侵入し、発色団と反応する。一方、光照射下では、光中間体形成時にFへリックスのCP側の領域が開くような構造変化が起こり、水が流入するため、HAによる退色反応が暗状態下と比べてさらに促進されるという特徴がある。一方、PRにおいて同実験を行うと、暗状態でもHAによる退色反応が速やかに進行し、さらに光照射下でも退色速度は暗状態と大きく変わらなかった。このことから、PRではCP側が暗状態下でもすでに親水的な状態となっていることが予測され、この性質によりpHがアルカリ性のときにH+移動の逆流が起こるのを可能にしているのではないかと推測した。
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