2022 Fiscal Year Annual Research Report
Structural analyses of reaction states of ion-pumping rhodopsin
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19K06582
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
神山 勉 名古屋大学, 理学研究科, 名誉教授 (30170210)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井原 邦夫 名古屋大学, 遺伝子実験施設, 准教授 (90223297)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | レチナール蛋白質 / 光駆動プロトンポンプ / 光駆動塩素イオンポンプ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
イオン輸送を担う微生物型ロドプシンの光反応においては、100 Hz程度のサイクル反応がタンパク質内で完結している。これらのイオン輸送性ロドプシンでは、光反応によって全トランス型のレチナール色素が13-cis型に変換され、反応サイクルの最終段階で、再び全トランス型へと再生される異性化（熱的反応）がおこる。昨年度までの分光学的研究から、複数のイオン輸送性ロドプシンにおいて、この再生反応過程で現れる青色状態（Ｏ中間体）には二つのサブ状態（O1、O2と命名）が存在することが見出され、O1→O2転移でレチナールの異性化が起こることが示唆された。光駆動プロトンポンプであるバクテリオロドプシン（BR）においては、レチナールの異性化を伴う暗順応が酸性ｐHでは非常に速くなることが観測されていることから、「中性ｐHのプロトン輸送サイクルにおいてもO中間体の生成に伴いレチナール色素の周りの環境が酸性ｐHでのものと同様になり、C13＝C15結合の周りの捩じれエネルギー障壁が下がる。」という可能性が考えられる。この可能性を検証するため、今年度においては、ｐHジャンプに伴うBRの吸収変化を測定するためのストップド・フロー装置を製作し、酸性ｐH域でのＢＲの状態変化を詳しく調べた。その結果、（１）酸性転移（紫色状態から青色状態への転移）が2段階で起こること、（２）速い転移の速度（室温で～５0ミリ秒）がｐHに依存しないのに対して、遅い転移の速度（１～1000秒）がｐHに強く依存すること、（３）紫色状態から青色状態への完全な変換は特別な条件でのみ起こり、広い酸性ｐH領域で紫膜中の一部（約1/3）のBRは青色状態に変換されず紫色状態に留まること（負の協同現象）、（４）酸性ｐH域では13－シス型ＢＲに比べて全トランス型ＢＲがより安定となり、その吸収極大波長は625ｎｍまで赤方シフトすること、が明らかになった。
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