| 研究課題/領域番号 |
10680630
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
生物物理学
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
神山 勉 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 教授 (30170210)
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| 研究分担者 |
岡田 哲二 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 助手 (10271545)
杉山 康雄 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (70154507)
山根 隆 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80030055)
足立 伸一 理化学研究所, 播磨研究所, 研究員 (60260220)
神谷 信夫 理化学研究所, 播磨研究所, 室長 (60152865)
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| 研究期間 (年度) |
1998 – 1999
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| 研究課題ステータス |
完了 (1999年度)
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| 配分額 *注記 |
3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
1999年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
1998年度: 3,000千円 (直接経費: 3,000千円)
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| キーワード | X線結晶構造解析 / 膜蛋白質 / バクテリオロドプシン / 光捕集クロロフィル蛋白質複合体 / ロドプシン / 蛋白質の結晶化 / 生体膜 / 反応中間体 / アーキロドプシン / 光受容体 / 蛋白質構造解析 / 結晶化 / 膜蛋白質の結晶化 / プロトン輸送 / 生体超分子 |
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| 研究概要 |
光駆動プロトンポンプとして知られるバクテリオロドプシンの反応中間体の立体構造を求めることを目指して研究を行った。我々は、これまでに、膜融合を利用して膜蛋白質を結晶化することを試み、脂質分子を含んだバクテリオロドプシンの三次元結晶(平面膜が積層してできた結晶)を作成する技術の開発を行ってきた。本研究において、この結晶化法をさらに改良し、また、低温X線回折測定法を適用してX線損傷の影響の軽減を図り、目標としていた水分子を識別できる程度の分解能(2.5オングストローム分解能)の構造解析を実現した。基底状態の構造解析から、脂質分子がプロトン輸送反応に重要な影響を及ぼしうる位置に結合していることなど幾つかの新知見を得ることができた。さらに、バクテリオロドプシンの反応中間体の構造解析を行うため、光照射下で結晶を急速凍結する方法を開発し、また、単結晶のX線回折と吸収スペクトルの同時測定を行うための装置も作成した。このような開発研究を積み重ねることにより、バクテリオロドプシンのプロトン輸送サイクルにおける重要な5つの反応状態のうち、K中間体ならびにM中間体の構造決定を行うことができた。特にM中間体の構造解析から、蛋白質を構成する7本のヘリックスのうち一本(Gヘリックス)が膜面に垂直方向にスライドすることが明らかになり、このヘリックスがピストン運動することでプロトンの一方向の流れが生じるという分子機構が強く示唆された。また、バクテリオロドプシンの研究で培われた技術を応用し、他の光受容体膜蛋白質(エンドウ葉緑体の光捕集クロロフィル蛋白質複合体(LHC-II)およびウシ・ロドプシン)の結晶構造解析も企てた。LHC-IIについては、結晶化条件でウイルス様球殻状集合体(正二十面体構造)を形成し、これが積層して三次元結晶ができることを見出した。また、結晶化条件を少し変えると別の結晶形(平面膜が積層してできた結晶)も得られた。これと類似の現象がバクテリオロドプシンの結晶化において観測されているので、膜融合を利用した結晶化法を発展させる上で重要な成果であると考えている。ロドプシンについては、研究分担者の一人である岡田博士が良質の三次元結晶を作成し、2.8オングストローム分解能で立体構造を求めるという成果を導いた。
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