2019 Fiscal Year Research-status Report
Structural prediction and reaction analysis of ferredoxin: NADP reductase by ultrafast laser spectroscopy
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18K05050
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| Research Institution | Institute for Laser Technology |
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Principal Investigator |
谷口 誠治 公益財団法人レーザー技術総合研究所, レーザーバイオ化学研究チーム, 副主任研究員 (00342725)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 文夫 公益財団法人レーザー技術総合研究所, 研究部, 特別研究員1 (20022907)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | フェムト秒時間分解蛍光計測 / フェレドキシン:NADP+還元酵素 / サイクリック電子電子伝達反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、フェレドキシン:NADP+還元酵素（FNR）溶液のフェムト秒領域での超高速時間分解蛍光計測法を用いた光誘起電子移動過程の観測、および分子動力学法を用いたFNRの蛋白構造の予測により、液相中におけるFNRの蛋白構造、および構造異性体の有無などについて理論的、実験的に検証するとともに、異なる種のFNRについても同様に検討を行い、フェレドキシンとの相互作用に伴うFNRの蛋白構造変化などについて検証する。これにより、（サイクリック）電子伝達反応に対するFNRの蛋白構造因子の関与について新たな知見を得ることを目的とする。次年度は、結晶状態での立体構造が明らかとなっているトウモロコシ葉由来FNR、ホウレン草由来FNRの2種についてフェムト秒領域での超高速時間分解蛍光計測を行った。FADの光励起により数100fsの急速な蛍光減衰を観測し、超高速電子移動が起こることがわかった。また観測波長効果の計測により、蛋白構造の揺らぎや溶媒和の影響について検討した。結晶構造から得たFADとアミノ酸残基の配置を用いて電子軌道計算により電子移動速度を予測し、実験値と比較した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
フェムト秒時間分解蛍光を計測するために自作した計測システムのうち、光源に用いているレーザー装置（Ti: sapphire レーザー）が再び故障したことから、レーザー修理および計測システムの動作検証試験に時間を要したため、当初予定していたFNRのアイソザイムの計測ができなかった。今後計測実験を行う予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
トウモロコシ葉由来FNRの3種のアイソザイムについてフェムト秒領域を主とした時間分解計測を行うとともに、MD法による液相中での蛋白構造および電子軌道計算による電子移動速度の解析を進める。これにより、 b6fと結合するFNRと、単独で浮遊FNRの蛋白構造変化について知見を得るとともに、それぞれの機能性の違いについて分析する。また、酵素資料としてFNRとFdで形成される錯体を用いた同様の研究を行う。FNR錯体は電子の授受を行う自然の状況により近い状態にあると考えられ、またFNRとFdの相互作用によりFNR、Fdそれぞれの立体構造が変化する可能性もある。これらについても同様に研究を行い、FNRとの蛋白構造の違いについて詳細に検討する。
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| Causes of Carryover |
レーザー装置の故障により、計測システムの再構築、動作検証試験を行ったため、フェムト秒蛍光計測に必要な分量の蛋白質飼料、および調整試薬、光学部品、学会参加旅費など当初予定していた費用を取りやめたため。計測システムの再構築を完了したため、 次年度使用額は昨年予定していた酵素試料および調整用試薬の購入、および学会参加旅費に充てることを予定している。
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