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偏光赤外分光を用いたロドプシンの動的構造解析

研究課題

研究課題/領域番号 11480193
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 生物物理学
研究機関京都大学

研究代表者

神取 秀樹  京都大学, 大学院・理学研究科, 講師 (70202033)

研究期間 (年度) 1999 – 2000
研究課題ステータス 完了 (2000年度)
配分額 *注記
15,300千円 (直接経費: 15,300千円)
2000年度: 5,300千円 (直接経費: 5,300千円)
1999年度: 10,000千円 (直接経費: 10,000千円)
キーワード赤外分光 / ロドプシン / バクテリオロドプシン / 配向膜 / 水素結合 / 構造変化 / 同位体 / 変異蛋白質
研究概要

本研究では、ロドプシン類の配向試料に対する偏光赤外分光を行い、これらの蛋白質が機能を発現する際の動的構造変化を明らかにすることを目指した。主として赤外分光法を用いた研究により、以下に示すような研究成果が得られた。
偏光赤外分光を用いて、我々はこれまでにないほどの高精度の測定系を構築し、これをバクテリオロドプシンの光異性化反応、プロトン移動反応に対して適用した。具体的には、異性化産物であるK中間体、プロトン移動前の状態であるL中間体、プロトン移動後の状態であるM中間体ともとの状態との偏光赤外差スペクトルを測定し、同位体標識試料や変異蛋白質試料を用いて振動バンドを同定した。異性化反応に伴う構造変化の解析の結果、水分子を含む水素結合ネットワークに大きな歪みが生じていることがわかった。さらにスレオニンの同位体を用いた実験によって、発色団から11Å以上離れた17位のスレオニンに水素結合変化が見られ、構造変化のための特異なチャネルの存在が明らかとなった。さらに、重水置換可能なO-H基をもつ89位のスレオニンは異性化によって水素結合が強くなるが、この水素結合はL、M中間体でも変わらないことがわかった。これは、89位のスレオニンがポンプのためのスイッチ部位を構成しないことを意味する実験事実である。
さらに塩素イオンポンプであるハロロドプシン、呼吸鎖に含まれるプロトンポンプであるオキシデース、細菌の光センサーであるイエロープロテイン、視物質の中で色覚を担う赤感受性色素(アイオドプシン)や緑感受性色素などの赤外分光により、機能発現過程における蛋白質の側の構造変化を明らかにした。また、フェムト秒蛍光分光法を用いて視物質ロドプシンの測定を行い、励起状態における異性化反応過程を明らかにした。

報告書

(3件)
  • 2000 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1999 実績報告書
  • 研究成果

    (63件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (63件)

  • [文献書誌] Kandori,H.: "Local and Distant Protein Structural Changes upon Photosomerization of the Retinal in Bacteriorhodopsin"Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 97. 4643-4648 (2000)

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  • [文献書誌] Kandori,H.: "Water Structural Changes Involved in the Activation Process of Photoactive Yellow Protein"Biochemistry. 39. 7902-7909 (2000)

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  • [文献書誌] Maeda,A.: "Relocation of Internal Bound Water in Bacteriorhodopsin during the Photoreaction of M at Low Temperature : An FTIR Study"Biochemistry. 39. 10154-10162 (2000)

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  • [文献書誌] Kandori,H.: "Direct Observation of the Bridged Water Stretching Vibrations inside a Protein"J.Am.Chem.Soc.. 122. 11745-11746 (2000)

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  • [文献書誌] Kandori.H.: "Role of Internal Water Molecules in Bacteriorhodopsin"Biochim.Biophys.Acta. 1460. 177-191 (2000)

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  • [文献書誌] Hirano,,T.: "Chloride Effect on Iodopsin Studied by Low-Temperature Visible and Infrared Spectroscopies"Biochemistry. 40. 1385-1392 (2001)

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  • [文献書誌] Kandori,H.: "Excited-State Dynamics of Rhodopsin Probed by Femtosecond Fluorescence Spectroscopy"Chem.Phys.Lett.. 334. 271-276 (2001)

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  • [文献書誌] Kandori,H.: "Tight Asp85-Thr89 Association during the Pump Switch of Bacteriorhodopsin"Proc.Nalt.Acad.Sci.USA. 98. 1571-1576 (2001)

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  • [文献書誌] Imai,H.: "Difference in Molecular Structure of Rood and Cone Visual Pigments studied by Fourier Transform Infrared Spectroscopy"Biochemistry. 40(in press). (2001)

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  • [文献書誌] 神取秀樹: "ロドプシンの光反応ダイナミクス"物性研究. 75. 752-766 (2001)

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  • [文献書誌] 神取秀樹: "プロトンを能動輸送するためのタンパク質の「動き」:バクテリオロドプシンの中間体構造からわかったこと"現代化学. 1月号. 55-57 (2001)

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  • [文献書誌] 神取秀樹: "タンパク質分子ポンプのダイナミズム"日本物理学会誌. 2月号. 75-82 (2001)

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  • [文献書誌] 神取秀樹: "季刊化学総説「超高速化学ダイナミクス(ピコ・フェムト秒領域の化学)」"日本化学会. 11 (2000)

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  • [文献書誌] 山崎洋一: "シリーズ・ニューバイオフィジックスII「ポンプとトランスポーター」"共立出版(日本生物物理学会編). 15 (2000)

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  • [文献書誌] 神取秀樹: "バイオサイエンスの新世紀:第7巻生体膜のエネルギー装置"共立出版(日本生化学会編). 13 (2000)

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  • [文献書誌] 神取秀樹: "生体とエネルギーの物理:生命力のみなもと"裳華房(日本物理学会編). 29 (2000)

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  • [文献書誌] Yamazaki, Y., Kandori, H., and Mogi, T.: "Fourier Transform Infrared Studies on Conformation Changes of bd-type Ubiquinol Oxidase from Escherichia coli upon Photoreduction of the Redox Metal Centers."J.Biochem.. 125. 1131-1136 (1999)

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  • [文献書誌] Chon, Y.-S., Kandori, H., Sasaki, J., Lanyi, J.K., Needleman, R., and Maeda, A.: "Existence of Two L Photointermediates of Halorhodopsin from Halobacterium salinarum, Different in their Protein and Water FTIR Bands."Biochemistry. 38. 9449-9455 (1999)

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  • [文献書誌] Yamazaki, Y., Kandori, H., and Mogi, T.: "Effects of Amino-Acid Substitutions on Redox-induced Conformational Changes of the Escherichia coli bo-type Ubiquinol Oxidase Revealed by Fourier-transform Infrared Spectroscopy."J.Biochem.. 126. 194-199 (1999)

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  • [文献書誌] Kandori, H., Kinoshita, N., Yamazaki, Y., Maeda, A., Shichida, Y., Needleman, R., Lanyi, J.K., Bizounok, M., Herzfeld, J., Raap, J., and Lugtenburg, J.: "Structural Change of Threonine 89 upon Photoisomerization in Bacteriorhodopsin as Revealed by Polarized FTIR Spectroscopy."Biochemistry. 38. 9676-9683 (1999)

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  • [文献書誌] Imamoto, Y., Hirano, T., Imai, H., Kandori, K., Maeda, A., Yoshizawa, T., Groesbeek, M., Lugtenburg, J., and Shichida, Y.: "Anion Binding Effect to Iodopsin Studied by Low-Temperature FTIR Spectroscopy."Biochemistry. 38. 11749-11754 (1999)

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  • [文献書誌] Kandori, H., Kinoshita, N., Yamazaki, Y., Maeda, A., Shichida, Y., Needleman, R., Lanyi, J.K., Bizounok, M., Herzfeld, J., Raap, J., and Lugtenburg, J.: "Local and Distant Protein Structural Changes upon Photoisomerization of the Retinal in Bacteriorhodopsin."Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 97. 4643-4648 (2000)

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  • [文献書誌] Kandori, H., Iwata, T., Hendriks, J., Maeda, A., and Hellingwerf, K.J.: "Water Structural Changes Involved in the Activation Process of Photoactive Yellow Protein."Biochemistry. 39. 7902-7909 (2000)

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  • [文献書誌] Maeda, A., Tomson, F.L., Gennis, R.B., Kandori, H., Ebrey, T.G., and Balashov, S.P.: "Relocation of Internal Bound Water in Bacteriorhodopsin during the Photoreaction of M at Low Temperature : An FTIR Study."Biochemistry. 39. 10154-10162 (2000)

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  • [文献書誌] Kandori, H., and Shichida, Y.: "Direct Observation of the Bridged Water Stretching Vibrations Inside a Protein."J.Am.Chem.Soc.. 122. 11745-11746 (2000)

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  • [文献書誌] Hirano, T., Imai, H., Kandori, H., and Shichida, Y.: "Chloride Effect on Iodopsin Studied by Low-Temperature Visible and Infrared Spectroscopies"Biochemistry. 40. 1385-1392 (2001)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kandori, H., Furutani, Y., Nishimura, S., Shichida, Y., Chosrowjan, H., Shibata, Y., and Mataga, N.: "Excited-State Dynamics of Rhodopsin Probed by Femtosecond Fluorescence Spectroscopy."Chem.Phys.Lett.. 334. 271-276 (2001)

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  • [文献書誌] Kandori, H., Yamazaki, Y., Shichida, Y., Raap, J., Lugtenburg, J., Belenky, M., and Herzfeld, J.: "Tight Asp85-Thr89 Association during the Pump Switch of Bacteriorhodopsin"Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 98. 1571-1576 (2001)

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  • [文献書誌] Imai, H., Hirano, T., Kandori, H., Terakita, A., and Shichida, Y.: "Difference in Molecular Structure of Rod and Cone Visual Pigments Studied by Fourier Transform Infrared Spectroscopy."Biochemistry. (in press). (2001)

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  • [文献書誌] Mogi, T., and Kandori, H.: "Crystal Structure and Proton Pump Mechanism of Bacteriorhodopsin."Tanpakusitsu-Kakusa-Koso. 44. 51-57 (1999)

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  • [文献書誌] Kandori, H., and Shichida, Y.: "Ultrafast Reaction Dynamics in Rhodopsins."Kagaku-Sosetsu. 44. 176-186 (2000)

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  • [文献書誌] Yamazaki, Y., and Kandori, H.: "Bacteriorhodopsin, a light-driven proton pump."Series New-Biophysics II "Pumps and Transporters". 109-123 (2000)

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  • [文献書誌] Kandori, H.: "Role of Internal Water Molecules in Bacteriorhodopsin."Biochim.Biophys.Acta.. 1460. 177-191 (2000)

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  • [文献書誌] Kandori, H.: "Bacteriorhodopsin, the World Smallest Ion Pump."New Century in Bio Science "Machinery for Bioenergetics". 194-206 (2000)

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  • [文献書誌] Kandori, H.: "Light-Energy Conversion in Bacteriorhodopsin."Physics of Bioenergetics. 112-140 (2000)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kandori, H.: "Photoreaction Dynamics in Rhodopsin."Bussei-Kenkyu. 75. 752-766 (2001)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kandori, H.: "Protein Motion for Proton Translocation : From Intermediate Structures of Bacteriorhodopsin."Gendai-Kagaku, Jan.. 55-57 (2001)

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  • [文献書誌] Kandori, H.: "Dynamism of Molecular Pump Proteins."Butsuri, Feb.. 75-82 (2001)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kandori, H., Kinoshita, N., Yamazaki, Y., and Shichida, Y.: "FTIR Spectroscopy Reveals Water Structural Changes of Bacteriorhodopsin upon Photoisomerization."in Fourier Transform Spectroscopy (K.Itoh and M.Tasumi, Eds), Waseda University Press. 455-456 (1999)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Nagata, T., Terakita, A., Kandori, H., Shichida, Y., and Maeda, A.: "Location Functional and Internal Water Molecules in Bovine Rhodopsin : A Fourier Trasform Infrared Spectroscopic Study on Recombinant Proteins"in Fourier Transform Spectroscopy (K.Itoh and M.Tasumi, Eds), Waseda University Press. 457-458 (1999)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Takada, M., Wakaki, M., Kandori, H., and Sasaki, M.: "In vitro study on color tuning of rhodopsin."Photomed.Photobiol.. 21. 111-113 (1999)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kandovi,H.: "Local and Distant Protein Structural Changes upon Photorisomerization of the Retinal in Bactriorhodopsin"Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 97. 4643-4648 (2000)

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      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Kandori,H.: "Water Structural Changes Involved in the Activation Process of Photoactive Yellow Protein"Biochemistry. 39. 7902-7909 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Maedo,A.: "Relocation of Internal Bound Water in Bacteriordopsin during the Photoreaction of M at Low Temperature : An FTIR Study"Biochemistry. 39. 10154-10162 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Kandori,H.: "Direct Observation of the Bridged Water Stretching Vibrations inside a Protein"J.Am.Chem.Soc.. 122. 11745-11746 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Kandori,H: "Role of Internal Water Molecules in Bacteriorhodopsin"Biochim.Biophys.Acta. 1460. 177-191 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Hirano,T.: "Chloride Effect or Iodopsin Studied by Low-Temperature Visible and Infrared Spectroscopies"Biochemistry. 40. 1385-1392 (2001)

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      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Kandori,H.: "Excited-State Dynamics of Rhodopsin Probed by Femtosecond Fluorescerice Spectroscopy"Chem.Phys.Lett.. 334. 271-276 (2001)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Kandori,H.: "Tight Asp85-Thr89 Association during the Pump Switch of Bacteriorhodopsin"Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 98. 1571-1576 (2001)

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      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Imai,H.: "Difference in Molecular Structure of Rod and Cone Uisual Pigments Studied by Fourier Transform Infrared Spectroscopy"Biochemistry. 40in press. (2001)

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      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 神取秀樹: "ロドプシンの光反応ダイナミクス"物性研究. 75. 752-766 (2001)

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      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 神取秀樹: "プロトンを能動輸送するためのタンパク質の「動き」:バクテリオロドプシンの中間体構造からわかったこと"現代化学. 1月号. 55-57 (2001)

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      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 神取秀樹: "タンパク質分子ポンプのダイナミズム"日本物理学会誌. 2月号. 75-82 (2001)

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      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 神取秀樹: "季刊化学総説「超高速化学ダイナミクス(ピコ・フェムト秒領域の化学)」"日本化学会. 11 (2000)

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      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 山崎洋一: "シリーズ・ニューバイオフィジックスII「ポンプとトランスポーター」"共立出版(日本生物物理学会 編). 15 (2000)

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      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 神取秀樹: "バイオサイエンスの新世紀:第7巻生体膜のエネルギー装置"共立出版(日本生化学会 編). 13 (2000)

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      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 神取秀樹: "生体とエネルギーの物理:生命力のみなもと"裳華房(日本物理学会 編). 29 (2000)

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      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Yamazaki Y.: "Fourier Transform Infrared Studies on Conformation Changes of bd-type Ubiguinol Oxidase from Escherichia coli upon Photoreduction of the Redox Metal Centers"J. Biochem.. 125. 1131-1136 (1999)

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      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Chon Y.-S.: "Existence of Two L Photointermediates of Halorhodopsin from Halobacterium salinarum, Different in their Protein and Water FTIR Bands"Biochemistry. 38. 9449-9455 (1999)

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      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Yamazaki Y.: "Effects of Amino Acid Substitutions on Redox-induced Conformational Changes of the Escherichia coli bo-type Ubiguinol Oxidase Revealed by Fourier-transform Infrared Spectroscopy"J. Biochem.. 126. 194-199 (1999)

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      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Kandori H.: "Structural Change of Threonine 89 upon Photoisomerization in Bacteriorhodopsin as Revealed by Polarized FTIR Spectroscopy"Biochemistry. 38. 9676-9683 (1999)

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      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Imamoto Y.: "Anion Binding Effect to Iodopsin Studied by Low-Temperature FTIR Spectroscopy"Biochemistry. 38. 11749-11754 (1999)

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      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Kandori H.: "Local and Distant Protein Structural Changes upon Photoisomerization of the Retinal in Bacteriorhodopsin"Proc. Natl. Acad. Sci. USA. (印刷中). (2000)

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      1999 実績報告書

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公開日: 1999-04-01   更新日: 2016-04-21  

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