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2014 Fiscal Year Research-status Report

近赤外ラマン円偏光二色性分光法を用いて光受容タンパク質中間体の構造を明らかにする

Research Project

Project/Area Number 26410017
Research InstitutionSaga University

Principal Investigator

海野 雅司  佐賀大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50255428)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2017-03-31
Keywords国際研究者交流(米国) / 分子分光学 / 生物物理学 / 振動分光 / 光受容タンパク質
Outline of Annual Research Achievements

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の更なる高感度化と、生命科学における重要課題への適用である。本手法は円二色性分光(いわゆるCD)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。特に溶液中では平面構造の分子がタンパク質中ではキラルな非平面構造になることに注目し、活性中心である補欠分子の構造的な歪みを検出できることを示してきた。本研究では我々が開発した装置の飛躍的な性能向上を図るとともに、光受容タンパク質における中間体の構造解析に挑戦する。
平成26年度においては装置改良として、可視光装置の安定性の向上をめざした。さまざまな可能性を検討した結果、不安定性の原因を特定することができた。この安定性を悪くする原因を改良することで、装置を長期間運用した際の安定性を格段に向上することができた。この装置改良により本手法を用いた応用研究が大いに進展した。特に本年度はイエロープロテイン(Photoactive Yellow Protein)のラマン円偏光二色性スペクトルの励起波長依存性を検討することに世界で始めて成功した。
また分子動力学計算と量子化学計算を併用した解析法に関しても取り組み、多くの計算の自動化に成功した。自動化によって分子動力学計算と量子化学計算を併用した解析をルーチンワーク的に実行することが可能となり、光受容タンパク質の系に応用することにも成功した。今後、この手法は新たな解析法になると期待している。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度は自作の可視光励起ラマン円偏光二色性分光装置を長期間運用した際の不安定性について、その原因の検討と改善を行った。その結果、長期間運用に耐え得る安定性を示すように改良できた。またこの装置改良のため、光受容タンパク質のラマン円偏光二色性スペクトルについて、その励起波長依存性を検討することに成功した。また分子動力学計算と量子化学計算を併用した解析法を確立し、さまざまな系に応用できる準備が整った。

Strategy for Future Research Activity

平成27年度はさまざまな試料および反応中間体への応用研究に本格的に取り組む。研究対象としては、本申請者が今まで研究対象としてきた光受容タンパク質とヘムタンパク質に注目する。これらの試料は可視光を吸収する発色団を含むため、可視光励起のラマン円偏光二色性分光では測定できなかった代表例であり、発色団やその周辺の構造情報やタンパク部分の構造に関する知見が期待できる。具体的にはp-クマル酸を発色団とする光センサーのイエロープロテインやバクテリオロドプシンについて、中間体のラマン円偏光二色性スペクトルの測定を試みる予定である。これらの試料は連携研究者の方々など(松山大学・田母神 純 助教、東京工業大学・増田真二 准教授、オクラホマ州立大・W. D. Hoff教授)から提供して頂く予定である。

Causes of Carryover

本研究の開始当初は2015年3月に船橋市で開催された日本化学会春季年会に科学研究費補助金を活用して参加することを予定していた。しかし、3月上旬に米国サンアントニオで開催された米国物理学会において招待講演をおこなうことになり、日本化学会春季年会への参加を取り止めたため、次年度使用額が発生した。

Expenditure Plan for Carryover Budget

次年度使用額を活用し、国内学会での発表や資料収集を行う計画である。

  • Research Products

    (18 results)

All 2015 2014 Other

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 1 results) Presentation (10 results) (of which Invited: 3 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] The roles of C-terminal residues on the thermal stability and local heme environment of cytochrome c' from the thermophilic purple sulfur bacterium Thermochromatium tepidum2015

    • Author(s)
      Kimura, Y., Kasuga, S., Unno, M., Furusawa, T., Osoegawa, S., Sasaki, Y., Ohno, T., Wang-Otomo, Z.-Y.
    • Journal Title

      Photosynth. Res.

      Volume: 124 Pages: 19-29

    • DOI

      doi:10.1007/s11120-014-0069-6

    • 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 Battery2014

    • Author(s)
      Furuya, Y., Zhao, W., Iida, T., Unno, M., & Noguchi, H.
    • Journal Title

      Electrochemistry

      Volume: 82 Pages: 7-13

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] The Electrochemical Properties of Low-crystallinity TiO2(B)-Carbon Composite as an Anode Material in Lithium Ion Battery2014

    • Author(s)
      Furuya, Y., Zhao, W., Unno, M., & Noguchi, H.
    • Journal Title

      Electrochim. Acta

      Volume: 136 Pages: 266-273

    • DOI

      doi:10.1016/j.electacta.2014.05.107

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Raman Optical Activity of a Cyclic Dipeptide Analyzed by Quantum Chemical Calculations Combined with Molecular Dynamics Simulations2014

    • Author(s)
      Urago, H., Suga, T., Hirata, T., Kodama, H., & Unno, M.
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. B

      Volume: 118 Pages: 6767-6774

    • DOI

      DOI:10.1021/jp503874z

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Synthesis and characterization of anisotropically expanded graphite oxide compounds derived from spherical graphite2014

    • Author(s)
      Zhao, W., Kido, G., Harada, S. Unno, M., Noguchi, H.
    • Journal Title

      J. Colloid Interface Sci.

      Volume: 431 Pages: 8-16

    • DOI

      doi:10.1016/j.jcis.2014.06.018

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Synthesis of LiNi1/3Mn2/3O2 related cathode material from P2-Na2/3Ni1/3Mn2/3O2 for lithium ion battery2014

    • Author(s)
      Zhao, W., Tanaka, A., Tanaka, A., Unno, M., Yamamoto, S., Noguchi, H.
    • Journal Title

      Mater. Lett.

      Volume: 134 Pages: 206-209

    • DOI

      doi:10.1016/j.matlet.2014.07.042

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Synthesis of metal ion substituted P2-Na2/3Ni1/3Mn2/3O2 cathode material with enhanced performance for Na ion batteries2014

    • Author(s)
      Zhao, W., Kirie, H., Tanaka, A., Unno, M., Yamamoto, S., Noguchi, H.
    • Journal Title

      Mater. Lett.

      Volume: 135 Pages: 131-134

    • DOI

      doi:10.1016/j.matlet.2014.07.153

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Exploring the active site structure of photoreceptor proteins by Raman optical activity2015

    • Author(s)
      Masashi Unno
    • Organizer
      APS March Meeting 2015
    • Place of Presentation
      San Antonio, TX, USA
    • Year and Date
      2015-03-03 – 2015-03-03
    • Invited
  • [Presentation] Near-Infrared Raman Optical Activity Probes the Active Site Structure of Photoreceptor Proteins2015

    • Author(s)
      Masashi Unno
    • Organizer
      Departmental Seminar, Department of Biochemistry & Molecular Biology, Oklahoma State University
    • Place of Presentation
      Stillwater, OK, USA
    • Year and Date
      2015-02-27 – 2015-02-27
    • Invited
  • [Presentation] Active Site Structure of Photoactive Yellow protin with a Locked Chromophore Analoge Revealed by Near-Infrared Raman Optical Activity2014

    • Author(s)
      Takahito Shingae, Kensuke Kubota, Nicole D. Foster, Masato Kumauchi, Wouter D. Hoff, Masashi Unno
    • Organizer
      The 9th Saga University-Daegu University Joint Seminar
    • Place of Presentation
      佐賀
    • Year and Date
      2014-11-17 – 2014-11-19
  • [Presentation] Near-Infrared Raman Optical Activity of Photoactive Yellow Protein with a Locked Chromophore Analogue Analyzed by Quantum Chemical Calculations and Molecular Dynamics Simulations2014

    • Author(s)
      Shojiro Haraguchi, Takahito Shingae, Masato Kumauchi, Wouter D. Hoff, Masashi Unno
    • Organizer
      The 9th Saga University-Daegu University Joint Seminar
    • Place of Presentation
      佐賀
    • Year and Date
      2014-11-17 – 2014-11-19
  • [Presentation] 分子動力学計算と量子化学計算を用いた環状ジペプチドのラマン円偏光二色性スペクトルの解析2014

    • Author(s)
      ○海野雅司,浦郷寛康,菅虎雄,兒玉浩明
    • Organizer
      第37回溶液化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      佐賀
    • Year and Date
      2014-11-12 – 2014-11-13
  • [Presentation] 構造揺らぎを考慮して光受容タンパク質のラマン円偏光二色性スペクトルを解析する2014

    • Author(s)
      ○原口 翔次郎,古賀 菜月, 新ヶ江 貴仁, 熊内 雅人, Wouter D. HOFF, 海野 雅司
    • Organizer
      第37回溶液化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      佐賀
    • Year and Date
      2014-11-12 – 2014-11-13
  • [Presentation] Raman Optical Activity of Peptides and Photoreceptor Proteins Analyzed by Quantum Chemical Calculations Combined with Molecular Dynamics Simulations2014

    • Author(s)
      Masashi Unno
    • Organizer
      Fourth International Conference on Vibrational Optical Activity
    • Place of Presentation
      Baoding, China
    • Year and Date
      2014-10-26 – 2014-10-29
    • Invited
  • [Presentation] Active Site Structure of Photoactive Yellow protin with a Locked Chromophore Analoge Revealed by Near-Infrared Raman Optical Activity2014

    • Author(s)
      Takahito Shingae, Kensuke Kubota, Nicole D. Foster, Masato Kumauchi, Wouter D. Hoff, Masashi Unno
    • Organizer
      Fourth International Conference on Vibrational Optical Activity
    • Place of Presentation
      Baoding, China
    • Year and Date
      2014-10-26 – 2014-10-29
  • [Presentation] Near-Infrared Raman Optical Activity of Photoactive Yellow Protein with a Locked Chromophore Analogue Analyzed by Quantum Chemical Calculations and Molecular Dynamics Simulations2014

    • Author(s)
      Shojiro Haraguchi, Takahito Shingae, Masato Kumauchi, Wouter D. Hoff, Masashi Unno
    • Organizer
      Fourth International Conference on Vibrational Optical Activity
    • Place of Presentation
      Baoding, China
    • Year and Date
      2014-10-26 – 2014-10-29
  • [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発色団のプロトン化状態の解明2014

    • Author(s)
      ○小副川 晋介、広瀬 侑、池内昌彦、海野雅司
    • Organizer
      九重分光学関連夏季セミナー2014
    • Place of Presentation
      九重
    • Year and Date
      2014-07-25 – 2014-07-26
  • [Remarks] 佐賀大学海野研究室ホームページ

    • URL

      http://biophysics.chem.saga-u.ac.jp/unno-lab/homu.html

URL: 

Published: 2016-05-27  

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