バクテリオロドプシンの光反応過程における動的構造解析

• 研究課題/領域番号: 14780519
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 生物物理学
• 研究機関: 慶應義塾大学 (2003-2004); (財)高輝度光科学研究センター (2002)
• 研究代表者: 岡 俊彦 慶應義塾大学, 理工学部, 助手 (60344389)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 3,100千円 (直接経費: 3,100千円); 2004年度: 800千円 (直接経費: 800千円); 2003年度: 700千円 (直接経費: 700千円); 2002年度: 1,600千円 (直接経費: 1,600千円)
• キーワード: バクテリオロドプシン / 時分割X線回折 / 紫膜 / バグテリオロドプシン / 時分割X線回折実験 / 光受容蛋白質 / 放射光 / SPring-8

研究概要

高度好塩菌の細胞膜上に存在し、光を吸収して一分子で水素イオンを膜外に輸送する蛋白質バクテリオロドプシン(BR)の光反応過程における構造変化を調べた。BRはその光反応過程でEGと呼ばれるヘリックスの細胞質側が外側に傾くような大きな構造変化を起こすことが明らかとなっていた。われわれは大型放射光施設SPring-8において測定装置の開発から行って、BRのM1からM2への遷移過程で大きな構造変化が起こることを示した。M1-M2での構造転移を連続的に直接観測したのは初めてであった。しかし得られたデータは7Å分解能で、膜面に投影したものである。またこれまで行われた他グループによる結晶構造解析の報告では矛盾する部分がいくつか出ている。そこでより高分解能のデータを取得するために、BRの結晶化を試みた。現在までに構造解析可能な結晶が得られており、回折斑点の収集も行った。しかしながら、さらに分解能を上げて解析を行いたいと考えているため、より大きな結晶を作成中である。紫膜をもちいたより分解能の高い測定も行いたいと考え、大きくした一枚の紫膜に、ピンホールなどで小さくしたX線を、全反射条件下で照射することによる回折の測定を試みたが、回折斑点は観測されなかった。試料条件の設定がよくなかったため回折斑点が観測されなかったと考えられる。このため試料の改善が重要で、特に膜の平面性の保持を改善する必要があると思われた。

研究成果

• [雑誌論文] Structural transition of bacteriorhodopsin is preceded by deprotonation of Schiff base: Microsecond time-resolved X-ray diffraction study of purple membrane (2005)
  • 著者名/発表者名: Toshihiko Oka, Katsuaki Inoue, Mikio Kataoka, Naoto Yagi
  • 雑誌名: Biophysical Journal 88・1 ページ: 436-442
• [雑誌論文] Structural analysis of cell membrane complex of a hair fibre by micro-beam X-ray diffraction (2005)
  • 著者名/発表者名: Noboru Ohta, Toshihiko Oka, Katsuaki Inoue, Naoto Yagi, Satoru Kato, Ichiro Hatta
  • 雑誌名: Journal of Applied Crystallography 38 ページ: 274-279
• [雑誌論文] Microsecond Time-resolved Diffraction and Scattering Measurements System Using Semi-monochromatic X-ray Pulse at SPring-8 BL40XU (2004)
  • 著者名/発表者名: Toshihiko Oka, Katsuaki Inoue, Naoto Yagi
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 705・1 ページ: 1197-1200
• [雑誌論文] Picometer-scale dynamical observations of individual membrane proteins: The case of bacteriorhodopsin (2004)
  • 著者名/発表者名: Yasuaki Okumura, Toshihiko Oka, Mikio Kataoka, Yoshio Taniguchi, Yuji C.Sasaki
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW E 70
• [雑誌論文] Present Status of BL40B2 and BL40XU at SPring-8 (Beamlines for Small Angle X-ray Scattering) (2004)
  • 著者名/発表者名: Katsuaki Inoue, Toshihiko Oka, Keiko Miura, Naoto Yagi
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 705・1 ページ: 336-339
• [雑誌論文] X-ray imaging microscopy using Fresnel zone plate objective and quasi-monochromatic undulator radiation. (2004)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, Y., Takeuchi, A., Takano, H., Uesugi, K., Oka, T., Inoue, K
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 75・4 ページ: 1155-1157
• [文献書誌] Toshihiko Oka, 他: "Microsecond Time-resolved Diffraction and Scattering Measurements System Using Semi-monochromatic X-ray Pulse at SPring-8 BL4OXU"Proceedings of Eighth International Conference of Synchrotron Radiation. (発表予定).
• [文献書誌] Suzuki, Y., 他: "X-ray imaging microscopy using Fresnel zone plate objective and quasi-monochromatic undulator radiation"Rev.Sci.Instrum.. (発表予定).
• [文献書誌] 岡俊彦, 他: "SPring-8 BL40XU用高時間分解能CCDカメラおよびX線イメージインテンシファイア"放射線. 29・1(未定). (2003)