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生体色素の光反応にカップリングした高速蛋白ダイナミクスの時間分解振動分光法による解明

研究課題

研究課題/領域番号 12045264
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
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, 総合バイオサイエンスセンター, 教授 (40029955)

研究分担者 水谷 泰久  神戸大学, 分子フォトサイエンスセンター, 助教授 (60270469)
研究期間 (年度) 2000 – 2001
研究課題ステータス 完了 (2003年度)
配分額 *注記
14,200千円 (直接経費: 14,200千円)
2002年度: 3,800千円 (直接経費: 3,800千円)
2001年度: 4,000千円 (直接経費: 4,000千円)
2000年度: 6,400千円 (直接経費: 6,400千円)
キーワード時間分解共鳴ラマン / ミオグロビン / 蛋白質高速ダイナミクス / 蛋白質3次構造変化 / 光解離 / アミロイド / 蛋白質超高速ダイナミクス / soluble guanylate cyclase / HBP23 / Resonance Raman / Vibrational Specra
研究概要

蛋白質の特色は、それが柔い構造体であって、その立体構造を変えながら機能を遂行するところにある。したがってダイナミカルな構造を論じる実験データが蛋白質機能を論じるうえで必須である。「一体蛋白質はどれ程大きな構造変化をどの程度の速さで起こし、それがどのように高次構造変化につながるのか?」この問いに答えるのが本研究である。実験法としては、光感受性蛋白の光反応開始の時を時刻ゼロとし、その分子振動の振動数を時間の関数として観測する。観測法として共鳴ラマン分光法を採用した。その理由は、水溶液の測定に適しているだけでなく、(1)共鳴効果と(2)高い時間分解能の2つの利点を生かせるからである。(1)はラマン散乱の励起波長を分子の吸収帯に近づけると、その吸収帯を与える発色団の分子振動の一部が強いラマン線を与える現象の事である。共鳴条件下では試料の濃度を下げる事ができ、また励起波長を変える事によって発色団を選択して観測する事が可能になる。本研究に用いたミオグロビン(Mb)の場合、可視レーザーを用いると色中心のヘムの分子振動が見え、紫外レーザー光を用いるとグロビンの分子振動が見える。(2)はレーザー光源のパルス性を利用し、レーザー光のパルス幅が2.4ピコ秒であったので、ピコ秒の時間刻みで構造変化を追跡した。
CO結合型Mbに可視パルス光を照射すると100フェムト秒内にFe-CO結合は切れ、Feの低スピンから高スピンへの変化は2.4ピコ秒内に起こった。それに伴う:Feイオンの面外変位はFe-His伸縮ラマンバンドの強度変化として表れ、-20ピコ秒で起こった。グロビンの構造変化は104ピコ秒の時定数で起こり、その時定数は溶媒の粘度が高くなると長くなった。244nm励起の紫外共鳴ラマンの実験からチロシン151とトリプトファン7がCO脱離により構造変化する事が明らかになった。このようなリガンド脱着による蛋白構造変化はセンサー蛋白の機能発現に必須であり、その方向に研究を進めていく予定である。

報告書

(4件)
  • 2003 研究成果報告書概要
  • 2002 実績報告書
  • 2001 実績報告書
  • 2000 実績報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (25件)

  • [文献書誌] Y.MIZUTANI: "Ultrafast Dynamics of Myoglobin Probed by Time-Resolved Resonance Raman Spectroscopy"Chem.Records. 1. 258 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N.HARUTA: "Protein conformation change of myoglobin upon ligand binding probed by ultraviolet resonance Raman spectroscopy"Biochemistry. 40. 6956 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.MIZUTANI: "Ultrafast structural relaxation of myoglobin following photodissociation of carbon monoxide probed by time-resolved resonance Raman spectroscopy"J.Phys.Chem.. 105. 10992 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.TOMITA: "Purification of Bovine Soluble Guanylate Cyclase and ADP-Ribosylation on Its Small Subunit by Bacterial Toxins"J.Biochem. 122. 531 (1997)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.TOMITA: "Effects of GTP on Bound Nitric Oxide of Soluble Guanylate Cyclase Revealed by Resonance Raman Spectroscopy"Biochemistry. 36. 10155 (1997)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.KITAGAWA: "Formation of Unphotodissociable CO-Heme Adduct in Soluble Guanylate Cyclase"J.Inorg.Chem.. 96. 23 (2003)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.MIZUTANI: "Ultrafast Dynamics of Myoglobin Probed by Time-Resolved Resonance Raman Spectroscopy"Chem. Records. 1. 258 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] N.HARUTA: "Protein conformation change of myoglobin upon ligand binding probed by ultraviolet resonance Raman spectroscopy"Biochemistry. 40. 6956 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.MIZUTANI: "Ultrafast structural relaxation of myoglobin following photodissociation of carbon monoxide probed by time-resolved resonance Raman spectroscopy"J. Phys. Chem. 105. 10992 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.TOMITA: "Purification of Bovine Soluble Guanylate Cyclase and ADP-Ribosylation on Its Small Subunit by Bacterial Toxins"J. Bioche. 122. 531 (1997)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.TOMITA: "Effects of GTP on Bound Nitric Oxide of Soluble Guanylate Cyclase Revealed by Resonance Raman Spectroscopy"Biochemistry. 36. 10155 (1997)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.KITAGAWA: "Formation of Unphotodissociable CO-Heme Adduct in Soluble Guanylate Cyclase"J. Inorg. Chem.. 96. 23 (2003)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Kitagawa, N.Haruta, Y.Mizutani: "Time-resolved resonance Raman study on ultrafast structural relaxation and vibrational cooling of photodissociated carbonmonoxy myoglobin"Biopolymers(Biospectroscopy). 67. 207-213 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] M.Aki他5名: "Uv resonance Raman characterization of model compounds of Tyr244 of Bovine cytoclirome c oxidase in its neutral-, deprotonated anion-, and deprotonated neutral radical-forms ; Effects of covalent binding between tyrosine and histidine"Journal of Physical Chemistry. 106. 3436-3444 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] S.Aono他6名: "Resonance Raman and ligand binding studies of the oxygen sensing signal transducer protein HemAT from Bacillus subtilis"Journal of Biological Chemistry. 277. 13528-13538 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] N.Haruta, T.Kitagawa: "Time-resolved UV resonance Raman investigation of protein folding using a rapid mixer : Characterization of kinetic folding intermediates of apomyoglobin"Biochemistry. 41. 6595-6604 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Mizutani, T.Kitagawa: "Vibrational energy relaxation of metalloporphyrins in a condensed phase probed by time-resolved resonance Raman spectroscopy"Bullutin of the Chemical Society of Japan. 75. 623-639 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] A.Sato他6名: "Stationary and time-resolved resonance Raman spectra of His77 and Met95 mutants of the isolated heme domain of a direct oxygen sensor from Escherichia coli"Journal of Biological Chemistry. 277. 32650-32658 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Y. Mizutani, T. Kitagawa: "Ultrafast Structural Relaxation of Myoglobin Following Photodissociation of Carbon Monoxide Probed by Time-resolved Resonance Raman Spectroscopy"Journal of Physical Chemistry. 105. 10992-10999 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Y. Mizutani, T. Kitagawa: "Vibrational Energy Relaxation of Metalloporphyrins in a Condensed Phase Probed by Time-Resolved Resonance Raman Spectroscopy"Bulletin of Chemical Society of Japan. 75. 1-17 (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] S.G. Kruglik, P. Mojzes, Y. Mizutani, T. Kitagawa, P-Y. Turpin: "Time-resolved Resonance Raman Study of the Exciplex Formed Between Excited Cu-Porphyrin and DNA"Journal of Physical Chemistry. 105. 5018-5031 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] N. Haruta, M. Aki, S. Ozaki, Y. Watanabe, T. Kitagawa: "Protein Conformation Change of Myoglobin upon Ligand Binding Probed by Ultraviolet Resonance Raman Spectroscopy"Biochemistry. 40. 6956-6963 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Y. Mizutani, T. Kitagawa: "Mode Dependence of Vibration Energy Redistribution in Nickel Tetraphenylporphyrin Probed by Picosecond Time-resolved Resonance Raman Spectroscopy"Bulletin of Chemical Society of Japan. 75(印刷中). (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] N. Haruta, T. Kitagawa: "Time-resolved UV Resonance Raman Investigation of Protein Folding : Characterization of Kinetic and Equilibrium Intermediates of Apomyoglobin"Biochemistry. 41(印刷中). (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 北川 禎三 他: "生物と金属:金属イオンの生体内で働く仕組み"クバプロ. 207 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書

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公開日: 2000-04-01   更新日: 2018-03-28  

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