近赤外励起ラマン円偏光二色性分光を用いた生体関連分子の構造解析手法の確立

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23550019
• Research Institution: Saga University
• Principal Investigator: 海野 雅司 佐賀大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50255428)
• Keywords: 分子分光 / 振動分光 / 生物物理 / 光受容タンパク質 / 量子化学計算

Research Abstract

本研究の大きな目的は申請者らが開発してきたラマン円偏光二色性分光装置を高感度化し、これをさまざまな系に応用してその有用性を実証することである。本手法は円二色性分光のラマン分光版で、通常のラマン分光に比べて極めて多くの構造情報を提供する。特に、本研究では近赤外光励起のラマン円偏光二色性分光装置を独自に開発し、主に光受容タンパク質などの色素タンパク質に応用した。その結果、ラマン円偏光二色性スペクトルを測定する励起光源として近赤外光を用いることで試料からの蛍光や光損傷などの影響を受けず、タンパク質中に含まれる発色団のラマン円偏光二色性スペクトルを測定できることを示した。この手法のバクテリオロドプシンへの応用から、ラマン円偏光二色性スペクトルがレチナール発色団の異性化状態に極めて敏感であることがわかった。またPhotoactive Yellow Proteinへの応用から、ラマン円偏光二色性スペクトルを密度汎関数法に基づいた理論計算から解析することで発色団の捻れ構造に関する微細な情報が得られることを明らかにした。特に、X線結晶構造解析などでは明らかにできない、水素原子の発色団面外方向への歪みなどを検出できることがわかった。最近、発色団分子の捻れなどの構造的な歪みが酵素活性等に重要であることを示唆する研究が報告されてきており、本手法はタンパク質の機能を分子構造レベルで解明するうえで極めて重要な情報を与えると期待される。

Research Products

• [Journal Article] ラマン光学活性による色素蛋白質の構造解析 (2014)
  • Author(s): 海野雅司
  • Journal Title: 生物物理 Volume: 54 Pages: 39-42
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Influence of Preparation Temperature of Precursor on the Thermal Stability of TiO2(B) and its Electrochemical Property as an Anode Material in the Lithium-Ion Battery (2014)
  • Author(s): Furuya, Y., Zhao, W., Iida, T., Unno, M., & Noguchi, H
  • Journal Title: Electrochemistry Volume: 82 Pages: 7-13
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Raman Optical Activity Probing Structural Deformations of the 4-Hydroxycinnamyl Chromophore in Photoactive Yellow Protein (2013)
  • Author(s): Shingae, T., Kubota, K., Kumauchi, M., Tokunaga, F. & Unno, M.
  • Journal Title: J. Phys. Chem. Lett. Volume: 4 Pages: 1322-1327
  • DOI: 10.1021/jz400454j
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Active Site Structure of Photoactive Yellow Protein with a Locked Chromophore Analogue Revealed by Near-Infrared Raman Optical Activity (2013)
  • Author(s): Kubota, K., Shingae, T., Foster, N. D., Kumauchi, M., Hoff, W. D. & Unno, M.
  • Journal Title: J. Phys. Chem. Lett. Volume: 4 Pages: 3031-3038
  • DOI: 10.1021/jz4016266
  • Peer Reviewed
• [Presentation] アラニンペプチドを用いたポリ（L-プロリン）II由来のラマン円偏光二色性スペクトルの解析 (2014)
  • Author(s): 古田雅和、海野雅司、江口貴大
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 20140327-20140330
• [Presentation] Active site structure of photoactive yellow protein with a locked chromophore analogue revealed by near infrared Raman optical activity (2014)
  • Author(s): Shingae, T., Kubota, K., Foster, N. D., Kumauchi, M., Hoff, W., Unno, M.
  • Organizer: 1st International Picobiology Institute Symposium, Picometer- to Micrometer-Level Structural Analyses for Studies on Functional Mechanisms of Proteins
  • Place of Presentation: Hyogo
  • Year and Date: 20140107-20140108
• [Presentation] Protonation state of the linear tetrapyrrole chromophore in cyanobacteriochrome RcaE revealed by resonance Raman spectroscopy (2014)
  • Author(s): Osoegawa, S., Hirose, Y., Ikeuchi, M., Unno, M
  • Organizer: 1st International Picobiology Institute Symposium, Picometer- to Micrometer-Level Structural Analyses for Studies on Functional Mechanisms of Proteins
  • Place of Presentation: Hyogo
  • Year and Date: 20140107-08
• [Presentation] Raman optical activity spectra of poly(L-proline) II helix in alanine peptides (2014)
  • Author(s): Furuta, M., Eguchi, T., Unno, M
  • Organizer: 1st International Picobiology Institute Symposium, Picometer- to Micrometer-Level Structural Analyses for Studies on Functional Mechanisms of Proteins
  • Place of Presentation: Hyogo
  • Year and Date: 20140107-08
• [Presentation] 近赤外ラマン円偏光二色性分光による光受容タンパク質の活性部位構造解析 (2013)
  • Author(s): 新ヶ江貴仁, 久保田健介, Foster, N. D., 熊内雅人, Hoff, W. D., 海野雅司
  • Organizer: 第51回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 20131028-30
• [Presentation] 共鳴ラマン分光法によるシアノバクテリオクロームRcaEがもつ開環テトラピロール発色団のプロトン化状態の解析 (2013)
  • Author(s): 小副川晋介、広瀬侑、池内昌彦、海野雅司
  • Organizer: 第51回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 20131028-20131030
• [Presentation] Active Site Structure of Photoactive Yellow Protein with a Locked Chromophore Analog Revealed by Near Infrared Raman Optical Activity (2013)
  • Author(s): Shingae, T., Kubota, K., Foster, N. D., Kumauchi, M., Hoff, W. D., Unno, M
  • Organizer: 7th International Conference on Advanced Vibrational Spectroscopy
  • Place of Presentation: Kobe
  • Year and Date: 20130825-30
• [Presentation] Raman optical activity probes structural deformations of the chromophore within a protein environment (2013)
  • Author(s): UNNO, M
  • Organizer: 7th International Conference on Advanced Vibrational Spectroscopy
  • Place of Presentation: Kobe
  • Year and Date: 20130825-30
  • Invited
• [Presentation] 赤外ラマン円偏光二色性分光を用いた光受容タンパク質の活性部位構造解析―発色団アナログを再構成したPhotoactive Yellow Proteinへの応用 (2013)
  • Author(s): 新ヶ江貴仁、久保田健介、FOSTER N. D.、熊内雅人、HOFF Wouter、海野雅司
  • Organizer: 第40回 生体分子科学討論会
  • Place of Presentation: 吹田
  • Year and Date: 20130607-20130608
• [Presentation] Raman Optical Activity Spectra of Poly(L-proline) II Helix in Alanine Peptides (2013)
  • Author(s): Furuta, M., Eguchi, T., Unno, M
  • Organizer: 13th Kyushu-Seibu/Pusan-Kyeongnam Joint Symposium on High Polymers (16th) and Fibers (14th) in Saga
  • Place of Presentation: Saga
  • Year and Date: 2013-11-09
• [Presentation] Raman Optical Activity Probes Structural Deformations of the Chromophore in a Photoreceptor Protein (2013)
  • Author(s): Masashi Unno
  • Organizer: 2nd International Symposium on Host Compounds for Separation and Functionality in Saga
  • Place of Presentation: Saga
  • Year and Date: 2013-07-12
  • Invited
• [Remarks] 佐賀大学 海野研究室
  • URL: http://biophysics.chem.saga-u.ac.jp