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2011 年度 実績報告書

時間分解共鳴ラマン分光法によるタンパク質アロステリック機構の動的構造基盤の解明

計画研究

研究領域分子高次系機能解明のための分子科学―先端計測法の開拓による素過程的理解
研究課題/領域番号 19056013
研究機関大阪大学

研究代表者

水谷 泰久  大阪大学, 大学院・理学研究科, 教授 (60270469)

研究分担者 石川 春人  大阪大学, 大学院・理学研究科, 講師 (40551338)
水野 操  大阪大学, 大学院・理学研究科, 助教 (10464257)
キーワード共鳴ラマン分光法 / 時間分解分光法 / アロステリックタンパク質
研究概要

ヒトヘモグロビン(Hb)は、α鎖とβ鎖の2種類のサブユニットが2つずつ会合した四量体で、協同的な酸素親和性を示す。一方、これをα鎖とβ鎖に分離した単離鎖ではHb特有の協同性が見られない。このため、Hbと単離鎖での構造変化の違いを解明することは協同性発現機構を考える上で重要である。本研究では、リガンド脱離に伴う単離鎖のナノ秒からマイクロ秒領域における時間分解共鳴ラマンスペクトルを測定し、α鎖、β鎖およびHbとの比較をした。その結果、ヘモグロビン(四量体)と同様なスペクトル変化を示すものの、変化の速度は四量体のものとは異なっていること、また、α鎖とβ鎖の間にも違いがあることが明らかになった。これらの結果はサブユニット間相互作用がヘム周辺の構造変化に影響を与えていることを意味し、タンパク質内部の構造変化の連動性を理解するうえで興味深い。また、アカガイ由来の二量体ヘモグロビンについてもその構造ダイナミクスを調べ協同性発現機構について考察した。
光駆動イオンポンプでは、タンパク質中に含まれる発色団に光化学反応が起きることによって局所的な構造変化が誘起される。これがタンパク質の大域的な構造変化を起こし、イオンが輸送される。まず局所的な初期構造変化を明らかにするために、光駆動イオンポンプのひとつであるハロロドプシンについて、光化学反応に伴う構造ダイナミクスを調べた。光反応に伴ってトリプトファン残基のラマンバンドに変化が観測され、その時定数は約20ピコ秒と求められた。この値は、これまでに報告されたバクテリオロドプシン、センサリーロドプシンIIの値とよく似ている。また、スペクトル変化のイオン濃度依存性を調べ、イオン結合と初期構造変化との関係について考察した。上記のタンパク質以外にも、光受容タンパク質であるセンサリーロドプシン、イエロープロテインについても光反応に伴う構造ダイナミクスを調べ、光情報伝達の機構について考察した。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件) 学会発表 (4件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Differences between Protein Dynamics of Hemoglobin upon Dissociation of Oxygen and Carbon Monoxide2012

    • 著者名/発表者名
      Yuka Murakawa, Masako Nagai and Yasuhisa Mizutani
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: 134 ページ: 1434-1437

    • DOI

      DOI:10.1021/ja209659w

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Protein Dynamics of Isolated Chains of Recombinant Human Hemoglobin Elucidated by Time-resolved Resonance Raman Spectroscopy2012

    • 著者名/発表者名
      Kenta Yamada, Haruto Ishikawa, and Yasuhisa Mizutani
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B

      巻: 116 ページ: 1992-1998

    • DOI

      DOI:10.1021/jp2114303

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ultrafast Protein Dynamics of Hemoglobin as Studied by Picosecond Time-resolved Resonance Raman Spectroscopy2012

    • 著者名/発表者名
      Yasuhisa Mizutani
    • 雑誌名

      Chem.Phys.

      巻: 396 ページ: 45-52

    • DOI

      10.1016/j.chemphys.2011.05.012

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Direct observation of the structural change of Tyr174 in the primary reaction of sensory rhodopsin II2011

    • 著者名/発表者名
      Misao Mizuno, Yuki Sudo, Michio Homma and Yasuhisa Mizutani
    • 雑誌名

      Biochemistry

      巻: 50 ページ: 3170-3180

    • DOI

      DOI:10.1021/bi101817y

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Changes in the Hydrogen-Bond Network around the Chromophore of Photoactive Yellow Protein in the Ground and Excited States2011

    • 著者名/発表者名
      Misao Mizuno, Hironari Kamikubo, Mikio Kataoka and Yasuhisa Mizutani
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B

      巻: 115 ページ: 9306-9310

    • DOI

      DOI:10.1021/jp2029399

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Protein dynamics of heme-heme oxygenase-1 complex following carbon monoxide dissociation2011

    • 著者名/発表者名
      Yasuhisa Mizutani、Masato Yamaoka
    • 雑誌名

      J.Raman Spectrosc.

      巻: 42 ページ: 910-916

    • DOI

      10.1002/jrs.2797

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Protein Conformational Changes in the Oxidative-Stress Sensor, SoxR, upon Redox Change of the [2Fe-2S] Cluster Probed with Ultraviolet Resonance Raman Spectroscopy2011

    • 著者名/発表者名
      Yasuhisa Mizutani、Kazuo Kobayashi
    • 雑誌名

      Biochemistry

      巻: 50 ページ: 9468-9474

    • DOI

      10.1021/bi201526y

    • 査読あり
  • [雑誌論文] タンパク質ダイナミクスの実時間観測2011

    • 著者名/発表者名
      水谷泰久
    • 雑誌名

      パリティ

      巻: 26 ページ: 52-56

    • 査読あり
  • [学会発表] Watching ultrafast protein dynamics by time-resolved visible and ultraviolet resonance Raman spectroscopy2011

    • 著者名/発表者名
      Yasuhisa Mizutani
    • 学会等名
      Chemistry Department Seminar, National Chiao Tung University
    • 発表場所
      National Chiao Tung University, Hsinchu, Taiwan(招待講演)
    • 年月日
      2011-10-21
  • [学会発表] ヘモグロビン単離鎖の構造ダイナミクス:α鎖、β鎖および四量体との違い2011

    • 著者名/発表者名
      水谷泰久、山田健太
    • 学会等名
      第5回分子科学討論会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター(北海道)
    • 年月日
      2011-09-22
  • [学会発表] アカガイ二量体ヘモグロビンの構造ダイナミクス:四量体ヘモグロビンとの比較2011

    • 著者名/発表者名
      水谷泰久、三城佑樹
    • 学会等名
      第5回分子科学討論会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター(北海道)
    • 年月日
      2011-09-22
  • [学会発表] Protein dynamics of photosensory proteins as studied by time-resolved resonance Raman spectroscopy2011

    • 著者名/発表者名
      Yasuhisa Mizutani
    • 学会等名
      The 5th Asia and Oceania Conference for Photobiology
    • 発表場所
      奈良県立新公会堂(奈良県)(招待講演)
    • 年月日
      2011-07-30
  • [備考]

    • URL

      http://www.chem.sci.osaka-u.ac.jp/lab/mizutani/index-jp.html

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公開日: 2013-06-26  

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