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レチナール光受容からプロトンポンプまでの動的過程

研究課題

研究課題/領域番号 13024242
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関名古屋工業大学

研究代表者

神取 秀樹  名古屋工業大学, 工学部, 助教授 (70202033)

研究期間 (年度) 2002
研究課題ステータス 完了 (2002年度)
配分額 *注記
3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
2002年度: 1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2001年度: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
キーワードレチナール / 光異性化反応 / プロトン移動 / 赤外分光法 / 光反応中間体 / 水素結合ネットワーク / 内部結合水 / 同位体効果 / バクテリオロドプシン / プロトンポンプ / 異性化反応 / 光情報伝達 / 視物質 / 走光性
研究概要

レチナールは視覚やバクテリアの光合成における鍵物質として、光受容から機能発現への道筋を橋渡しする分子である。本研究では、バクテリオロドプシンをはじめとするロドプシン類の鍵物質であるレチナールに注目し、レチナールの異性化反応がどのように一方向へのプロトンの輸送や情報伝達といった機能をもたらすのか明らかにすることを目指した。平成14年度は、低温偏光赤外分光などを用いた実験的研究により、以下のような研究成果が得られた。
バクテリオロドプシンのレチナールシッフ塩基は、異性化反応においても、プロトン移動反応においても重要な役割を演じる。このN-H基がどのような配向をしているかを低温偏光赤外分光法により調べたところ、異性化によって膜に平行に配向することがわかった。シッフ塩基領域にねじれをもった初期中間体の生成は、光エネルギーの取込やその後のプロトン移動過程に重要な役割を演じるものと考えられる。
光をエネルギーに変換するバクテリオロドプシンに対して、同じ古細菌ロドプシンでありながらフォボロドプシンは伝達蛋白質を活性化することによって光を情報へと変換する。そして伝達蛋白質が存在しないとプロトンをポンプすることが知られている。そこで、バクテリオロドプシンを対照としたフォボロドプシンの低温赤外分光による構造変化の解析を行った。例えばバクテリオロドプシンとフォボロドプシンの発色団レチナールから5Å以内には25個のアミノ酸が存在するが、そのうち10個が異なっている。その10個をすべてバクテリオロドプシンのものに置換したフォボロドプシンの多重変異体は吸収がバクテリオロドプシンのようにならないことがわかっていた。そこで多重変異体の構造解析を行い、シッフ塩基の水素結合の強さが吸収波長と直接的な相関をもつことを明らかにした。

報告書

(2件)
  • 2002 実績報告書
  • 2001 実績報告書
  • 研究成果

    (31件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (31件)

  • [文献書誌] T.Nagata et al.: "Isomer-Specific Interaction of the Retinal Chromophore with Threonine-118 in Rhodopsin"J.Phys.Chem.A. 106. 1969-1975 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] H.Kandori et al.: "Excited-State Dynamics of pharaonis Phoborhodopsin Probed by Femtosecond Fluorescence Spectroscopy"J.Phys.Chem.A. 106. 2091-2095 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] H.Kandori et al.: "Photoisomerization of the Rhodopsin Chromophore in Clay Interlayers at 77 k"Chem.Phys.Lett.. 354. 251-255 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] H.Kandori et al.: "Interaction of Asn105 with the Retinal Chromophore during Photoisomerization of Pharaonis Phoborhodopsin"Biochemistry. 41. 4554-4559 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] H.Kandori et al.: "Vibrational Frequency and Dipolar Orientation of the Protonated Schiff Base in Bacteriorhodopsin before and after Photoisomerization"Biochemistry. 41. 6026-6031 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] K.Shimono et al.: "A pharaonis Phoborhodopsin Mutant with the Same Retinal Binding Site Residues as in Bacteriorhodopsin"Biochemistry. 41. 6504-6509 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] M.Iwamoto et al.: "Role of Asp193 in Chromophore-Protein Interaction of pharaonis Phoborhodopsin (sensory Rhodopsin II)"Biophys.J.. 83. 1130-1135 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] T.Iwata et al.: "Photoreaction of the Cysteine S-H Group in the LOV2 Domain of Adiantum Phytochrome3"J.Am.Chem Soc.. 124. 11840-11841 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Furutani et al.: "FTIR Spectroscopy of the M Photointermediate in pharaonis Phoborhodopsin"Biophys.J.. 83. 3482-3489 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Furutani, H.Kandori: "Internal Water Molecules of Archaeal Rhodopsins"Mol.Membr.Biol.. 19. 257-265 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 神取秀樹: "バクテリオロドプシンのプロトンポンプ機構"酵素工学ニュース. 47. 17-22 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 神取秀樹, 加茂直樹: "フォボロドプシンの結晶構造と波長制御・光情報伝達機構"蛋白質核酸酵素. 47. 620-625 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 神取秀樹: "光駆動プロトンポンプの方向性を決める反応"化学. 57. 58-59 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] T.Tanimoto et al.: "Structural Changes of Water in the Schiff Base Region of Bacteriorhodopsin : Proposal of a Hydration Switch Model"Biochemistry. 42. 2300-2306 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] H.Kandori et al.: "Photoisomerization of the Rhodopsin Chromophore in Clay Interlayers at 77 K"Biochemistry. 42. 2790-2796 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 神取秀樹: "視覚野初期過程における光化学反応"レーザー研究. (印刷中). (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] H.Kandri et al.: "Photoisomerization of the Rhodopsin Chromophore in Clay Interlayers at 77 K"Chem. Phys. Lett.. (in press). (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] H.Kandri et al.: "Excited-State Dynamics of pharaonis Phoborhodopsin Probed by Femtosecond Fluorescence Spectroscopy"J. Phys. Chem. A. (in press). (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] T.Nagata et al.: "Isomer-Specific Interaction of the Retinal Chromophore with Threonine-118 in Rhodopsin"J. Phys. Chem. A. (in press). (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] H.Kandori et al.: "Internal Water Molecules of pharaonis Phoborhodopsin Studied by Low-Temperature Infrared Spectroscopy"Biochemistry. 40. 15693-15699 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] H.Kandori et al.: "Structural Changes of pharaonis Phoborhodopsin upon Photoisomerization of the Retinal Chromophore : Infrared Spectral Comparison with Bacteriorhodopsin"Biochemistry. 40. 9238-9246 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] H.Imai et al.: "Difference in Molecular Stlucture of Rod and Cone Visual Pigments Studied by Fourier Transform Infrared Spectroscopy"Biochemistry. 40. 2879-2886 (2001)

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

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] H.Kandori et al.: "Excited-State Dynamics of Rhodopsin Probed by Femtosecond Fluorescence Spectroscopy"Chem. Phys. Lett. 334. 271-276 (2001)

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

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] H.Kandori et al.: "Photoisomerization in Rhodopsin"Biochemistry(Moscow). 66. 1197-1209 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] H.Kandori: "FTIR Spectroscopy Monitors Internal Water Molecules of Proteins At Work"Recent Research Development in Phys. Chem.. 5. 161-183 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 神取秀樹, 加茂直樹: "フォボロドプシンの結晶構造と波長制御・光情報伝達機構"蛋白質核酸酵素. (印刷中). (2002)

    • 関連する報告書
      2001 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. 56. 75-82 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 神取秀樹: "プロトンをポンプするための蛋白質の『動き』"現代化学. 358. 55-57 (2001)

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

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書

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公開日: 2001-04-01   更新日: 2018-03-28  

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