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タンパク質中のプロトン能動輸送と電子移動機構解明の分子科学

研究課題

研究課題/領域番号 02453157
研究種目

一般研究(B)

配分区分補助金
研究分野 生体物性学
研究機関岡崎国立共同研究機構

研究代表者

北川 禎三  岡崎国立共同研究機構, 分子科学研究所, 教授 (40029955)

研究分担者 加茂川 恵司  岡崎国立共同研究機構, 分子科学会究所, 助手 (40150057)
小倉 尚志  岡崎国立共同研究機構, 分子科学会究所, 助手 (70183770)
研究期間 (年度) 1990 – 1991
研究課題ステータス 完了 (1991年度)
配分額 *注記
7,000千円 (直接経費: 7,000千円)
1991年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
1990年度: 5,000千円 (直接経費: 5,000千円)
キーワードヘモグロビン / チトクロム酸化酵素 / 時間分解共鳴ラマン / 紫外共鳴ラマン / プロトン輸送 / 電子伝達 / 時間分解ラマン / 共鳴ラマン分光 / 酸素
研究概要

タンパク質によるプロトン輸送は、プロトン脱着機能をもつアミノ酸残基のpKa変化によるプロトン脱着にもとづく可能性が高い。そこで本研究では、時間分解紫外共鳴ラマン測定装置に改良を加え、タンパク質高次構造ダイナミックがプロトンの脱着によりどう変化するかを調べた。材料にヒトヘモグロビンを用い、その一酸化炭素化合物をレ-ザ-光で光解離させてdeoxy形に移る過程がpH5.8と7.4でどのように異なるかを、波長218nm,パルス幅10nsのレ-ザ-光励起によるラマン散乱で調べた。ヘモグロビンのボ-ア効果により、COやO_2等のリガンド結合がプロトン解離を引き起こすことはよく知られているが、今回β37位トリプトファンのラマン線強度を光解離後の時間の関数としてプロットしたところ、ボ-アプロトンの解離したpH7.4では解離後5〜20μsで強度が変化するのに対し、ボ-アプロトンの結合したpH5.8では10μsで変化は完了していた。1個のプロトンの結合がタンパク質のダイナミックスを非常に大きく変える具体例をヘモグロビンの4次構造変化に見つけたことになる。一方、ミトコンドリア電子伝達系の末端にあるチトクロム酸化酵素のプロトン輸送/電子移動のカップリング機構を時間分解共鳴ラマン分光法で調べてきたが、本年度は新たなブレ-クスル-を作った。電子受容体である酸素分子に2電子目が伝達されたときの中間体を初めてラマン分光的に同定することに成功し、それがFeーOーOーH構造をとることを同位体シフトの観測により明らかにした。これまでそのような構造をもつ中間体は存在しないと考えられてきた故に、我々の研究結果はこの分野の大部分の人達の考え方を変えさせることになった。また4電子目が伝達されたときにFeーOHヘムができることをFeーOH伸縮振動のラマン線の観測により確認した。O_2の還元に必要な4電子の伝達時間が本研究で明らかとなったので、次に各段階で輸送されるプロトン数を決める。

報告書

(3件)
  • 1991 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1990 実績報告書
  • 研究成果

    (46件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (46件)

  • [文献書誌] S.Hashimoto,Y.Mizutani,Y.Tatsuno,T.Kitagawa: "Resonance Raman characterization of ferric-and ferrylporphyrin π cation radicals and the Fe^<IV>=O strerching frequency" J.Am.Chem.Soc.113. 6542-6549 (1991)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Egawa,T.Ogura,R.Makino,Y.Ishimura,T.Kitagawa: "Observation of the O-O stretching Raman band for cytochrome P-450_<cam> under catalytic conditions" J.Biol.Chem.266. 10246-10248 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Nagai,Y.Yoneyama,T.Kitagawa: "Unusual CO binding geometry in abnormal subunits of hemoglobin M Boston and Hb M Saskaton" Biochemistry. 30. 6495-6503 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Mizutani,S.Tokutomi,K.Aoyagi,K.Horitsu,T.Kitagawa: "Resonance Raman study on intact pea phytochrome and its model compounds;Evidence for proton migration during the phototransformation" Biochemistry. 30. 10693-10700 (1991)

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  • [文献書誌] T.Ogura,S.Takahashi,K.Shinzawa-Itoh,S,Yoshikawa,T.Kitagawa: "Time-resolved resonance Raman investigation of cytochrome oxidase catalysis:Observation of a new oxygen-isotope sensitive Raman band" Bull.Chem.Soc.Jpn.64. 2901-2907 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Takahashi,T.Ogura,K.Itoh-Shinzawa,S.Yoshikawa,T.Kitagawa: "Observation of the Cu_A-ligand stretching resonance Raman band for cytochrome c oxidase" J.Am.Chem.Soc.113. 9400-9401 (1991)

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  • [文献書誌] 北川 禎三: "ラマン分光,第4版 実験化学講座" 372-388 (1991)

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  • [文献書誌] 北川 禎三,紙中 庄司: "紫外共鳴ラマン分光による蛋白質の構造研究,分光研究" 193-206 (1991)

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  • [文献書誌] S. Sato, M. Asano-Someda, T. Kitagawa: "Time-resolved resonance Raman spectra of free-base octaethylporphyin in the S_1 and T_1 states" Chem. Phys. Lett.

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  • [文献書誌] S. Kaminaka, T. Kitagawa: "Time-resolved UV resonance Raman study on Bohr effects of hemoglobin" J. Am. Chem. Soc.

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  • [文献書誌] "A new model for dioxygen binding in hemocyanin. Synthesis, characteri-zation, and molecular structure of the mu-eta^2 : eta^2 peroxo dinuclear copper (II) complexes, [Cu (HB (3, 5-R_2pz)_3) ]_2 (O_2) (R=iPr and Ph)" J. Am. Chem. Soc.

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  • [文献書誌] S. Takahashi, T. Ogura, K. Itoh-Shinzawa, S. Yoshikawa, T. Kitagawa: "Observation of the Cu_A-ligand stretching resonance Raman band for cytochrome c oxidase" J. Am. Chem. Soc.113. 9400-9401 (1991)

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  • [文献書誌] N. Kitajima, T. Koda, S. Hashimoto, T. Kitagawa, Y. Moro-oka: "Synthesis and characterization of the dinuclear copper (II) complexes [Cu (HB (3, 5-Me_2pz)_3) ]_2 X (X=O^<2->, (OH)_2^<2->, CO_3^<2->, O_2^<2->)" J. Am. Chem. Soc.113. 5664-5671 (1991)

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  • [文献書誌] T. Ogura, S. Takahashi, K. Shinzawa-Itoh, S. Yoshikawa, T. Kitagawa: "Time-resolved resonance Raman investigation of cytochrome oxidase catalysis : Observation of a new oxygen-isotope sensitive Raman band" Bull. Chem. Soc. Jpn.64. 2901-2907 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K. Imai, K. Fushitani, G. Miyazaki, K. Ishimori, T. Kitagawa, Y. Wada, H. Morimoto, I. Morishima, D. T. -b Shih, J. Tame: "Site-directed mutagenesis in haemoglobin. Functional role of tyrosine-42 (C7) alpha at the alpha1-beta2" J. Mol. Biol.218. 769-778 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y. Mizutani, S. Tokutomi, K. Aoyagi, K. Horitsu, T. Kitagawa: "Resonance Raman study on intact pea phytochrome and its model compounds ; Evidence for proton migration during the phototransformation" Biochemistry. 30. 10693-10700 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M. Nagai, Y. Yoneyama, T. Kitagawa: "Unusual CO binding geometry in abnormal subunits of hemoglobin M Boston and Hb M Saskatoon" Biochemistry. 30. 6495-6503 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T. Egawa, T. Ogura, R. Makino, Y. Ishimura, T. Kitagawa: "Observation of the 0-0 stretching Raman band for cytochrome P-450_<cam> under catalytic conditions" J. Biol. Chem.266. 10246-10248 (1991)

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  • [文献書誌] K. Kamogawa, T. Kitagawa: "Evidence for direct intermolecular interactions as an origin of the hydration shifts of the C-H stretching vibrations : 1.4-dioxane / water system" Chem. Phys. Lett.179. 271-276 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] V. Fidler, T. Ogura, S. Sato, K. Aoyagi, T. Kitagawa: "Resonance Raman study on photoreduction of iron-porphyrins : a novel insight into the ligandaided process" Bull. Chem. Soc. Jpn.64. 2315-2322 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S. Hashimoto, Y. Mizutani, Y. Tatsuno, T. Kitagawa: "Resonance Raman characterization of ferric- and ferrylporphyrin pi cation radicals and the Fe^<IV>=0 stretching frequency" J. Am. Chem. Soc.113. 6542-6549 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y. Mizutani, K. Kamogawa, T. Kitagawa, A. Shimizu, Y. Taniguchi, K. Nakanishi: "Solution structures and phase separation in fluoroalcohol/water mixtures ; A study with Raman difference and ^<13>C NMR spectroscopy" J. Phys. Chem.95. 1790-1794 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M. Nakagawa, A. Maeda, T. Ogura, T. Kitagawa: "Identification of the long-lived L' species of bacteriorhodopsin to the N intermediate by Raman/absorption quasi-simultaneous measurements" J. Mol. Struct.242. 221-234 (1991)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T. Ogura, S. Takahashi, K. Shinzawa, S. Yoshikawa, T. Kitagawa: "Observation of the Fe^<II>-O_2 stretching Raman band for compound A of cytochrome oxidase at room temperature" J. Am. Chem. Soc.112. 5630-5631 (1990)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y. Mizutani, S. Hashimoto, Y. Tatsuno, T. Kitagawa: "Resonance Raman pursuit of the change from Fe^<II>-O_2 to Fe^<III>-OH via Fe^<IV>=O in autoxidation of ferrous iron-prophyrin" J. Am. Chem. Soc.112. 6809-6814 (1990)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S. Tokutomi, Y. Mizutani, E. Anni, T. Kitagawa: "Resonance Raman scattering from large pea phytochrome at ambient temperature : Difference in chromophore protonation between red- and far-red light absorbing forms" FEBS Lett.269. 341-344 (1990)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N. Kitajima, H. Fukui, Y. Moro-oka, Y. Mizutani, T. Kitagawa: "A synthetic model for dioxygen binding site of non-heme proteins. X-ray structure of Fe (OBz) (MeCN) [HB (3, 5-iPr_2pz)_3] and resonance Raman evidence for reversible formation of peroxo adduct" J. Am. Chem. Soc.112. 6402-6403 (1990)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T. Egawa, Y. Imai, T. Ogura, T. Kitagawa: "Resonance Raman study on mutant cytochrome P-450 obtained by site directed mutagenesis" Biochim. Biophys. Acta. 1040. 211-216 (1990)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T. Ogura, V. Fidler, Y. Ozaki, T. Kitagawa: "Alcohol catalyzed photoreduction of iron porphyrin complexes revealed by resonance Raman and absorption spectroscopies" Chem. Phys. Lett.169. 457-459 (1990)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K. Kamogawa, T. Kitagawa: "A new device for Raman difference spectroscopy and its application to observe frequency shifts due to isotope mixing" J. Phys. Chem.94. 3916-3921 (1990)

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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S. Kaminaka, T. Ogura, T. Kitagawa: "Time-resolved ultraviolet resonance Raman study of the photolysis of carbonmonoxy hemoglobin : Relaxation of the globin structure" J. Am. Chem. Soc.112. 23-27 (1990)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      1991 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Hashimoto,Y.Mizutani,Y.Tatsuno,T.Kitagawa: "Resonance Raman characterization of ferric-and ferrylporphyrin πcation radicals and the Fe^<IV>=0 stretching frequency" J.Am.Chem.Soc.113. 6542-6549 (1991)

    • 関連する報告書
      1991 実績報告書
  • [文献書誌] T.Egawa,T.Ogura,R.Makino,Y.Ishimura,T.Kitagawa: "Observation of the 0-0 stretching Raman band for cytochrome P-450_<cam> under catalytic conditions" J.Biol.Chem.266. 10246-10248 (1991)

    • 関連する報告書
      1991 実績報告書
  • [文献書誌] M.Nagai,Y.Yoneyama,T.Kitagawa: "Unusual CO binding geometry in abnormal subunits of hemoglobin M Boston and Hb M Saskatoon" Biochemistry. 30. 6495-6503 (1991)

    • 関連する報告書
      1991 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Mizutani,S.Tokutomi,K.Aoyagi,K.Horitsu,T.Kitagawa: "Resonance Raman study on intact pea phytochrome and its model compounds;Evidence for proton migration during the phototransformation" Biochemistry. 30. 10693-10700 (1991)

    • 関連する報告書
      1991 実績報告書
  • [文献書誌] T.Ogura,S.Takahashi,K.Shinzawa-Itoh,S.Yoshikawa,T.Kitagawa: "Time-resolved resonance Raman investigation of cytochrome oxidase catalysis:Observation of a new oxygen-isotope sensitive Raman band" Bull.Chem.Soc.Jpn.64. 2901-2907 (1991)

    • 関連する報告書
      1991 実績報告書
  • [文献書誌] S.Takahashi,T.ogura,K.Itoh-shinzawa,S.Yoshikawa,T.Kitagawa: "Observation of the Cu_A-ligand stretching resonance Raman band for cytochrome c oxidase" J.Am.Chem.Soc.113. 9400-9401 (1991)

    • 関連する報告書
      1991 実績報告書
  • [文献書誌] 北川 禎三: "ラマン分光,第4版実験化学構座" 372-388 (1991)

    • 関連する報告書
      1991 実績報告書
  • [文献書誌] 北川 禎三,紙中 庄司: "紫外共鳴ラマン分光による蛋白質の構造研究,分光研究" 193-206 (1991)

    • 関連する報告書
      1991 実績報告書
  • [文献書誌] S.Kaminaka,T.Ogura,T.Kitagawa: "Timeーresolved ultraviolet resonance Raman study of the photolysis of carbonmonoxy hemoglobin:Relaxation of the globin structure." Journal of American Chemical Society,<112>___ー,23ー27(1990). 112. 23-27 (1990)

    • 関連する報告書
      1990 実績報告書
  • [文献書誌] T.Ogura,V.Fidler,Y.Ozaki,T.Kitagawa: "Alcohol catalyzed photoreduction of iron porphyrin complexes revealed by resonance Raman and absorption spectroscopies." Chemical Physics Letters. 169. 457-459 (1990-)

    • 関連する報告書
      1990 実績報告書
  • [文献書誌] T.Egawa,Y.Imai,T.Ogura,T.Kitagawa: "Resonance Raman study on mutant cytochrome Pー450 obtained by site directed mutagenesis." Biochimica Biophysica Acta. 1040. 211-216 (1990)

    • 関連する報告書
      1990 実績報告書
  • [文献書誌] T.Ogura,T.Kitagawa,S.Takahashi,K.Shinzawa,S.Yoshikawa: "Observation of the Fe^<II>ーO_2 stretching Raman band for compound A of cytochrome oxidase at room temperature." Journal of American Chemical Society. 112. 5630-5631 (1990)

    • 関連する報告書
      1990 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Mizutani,S.Hashimoto,Y.Tatsuno,T.Kitagawa: "Resonance Raman pursuit of the change from Fe^<II>ーO_2 to Fe^<III>ーOH via Fe^<IV>=O in autoxidation of ferrous ironーporphyrin." Journal of American Chemical Society. 112. 6809-6814 (1990)

    • 関連する報告書
      1990 実績報告書
  • [文献書誌] T.Ogura,T.Kitagawa,S.Takahashi,K.Shinzawa,S.Yoshikawa: "Observation of the Fe^<4+>+O stretching Raman band fof cytochrome oxidase compound B at ambient temperature." Journal of Biological Chemistry. 265. 14721-14723 (1990)

    • 関連する報告書
      1990 実績報告書
  • [文献書誌] K.Imai,T.Kitagawa,D.Shie,K.Ishimori,Y.Wada,J.Tame,K.Fushitani,H.Morimoto,K.Nagai,G.Miyazaki,I.Morishima: "Protein Structural Analysis,Folding and Design" Japan Science Society Press, 230 (1990)

    • 関連する報告書
      1990 実績報告書

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公開日: 1990-04-01   更新日: 2016-04-21  

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