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2012 年度 実績報告書

エネルギー・構造揺らぎの時間分解検出法開発と反応機構

計画研究

研究領域揺らぎが機能を決める生命分子の科学
研究課題/領域番号 20107003
研究機関京都大学

研究代表者

寺嶋 正秀  京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (00188674)

研究期間 (年度) 2008-11-13 – 2013-03-31
キーワードタンパク質 / 反応 / 揺らぎ / 時間分解 / 拡散 / 熱力学
研究概要

体積揺らぎと関係する圧縮率の時間分解測定のために、時間分解体積変化の圧力依存性を用いた、高圧システムを設計・作製し、この装置を用いて青色光センサータンパク質PixDの反応を調べた。TG信号は、体積変化を表す成分と分子拡散を表す成分に分割できることが常圧での実験・解析からわかっている。圧力効果を通して、反応中間体同定などの新規な情報を得ることができた。次に40マイクロ秒程度で体積膨張過程を表す信号の圧力依存性から中間体の体積揺らぎを、基底状態からの差として検出した。これより光励起直後に生成する吸収スペクトルシフトを起こした中間体は大きな揺らぎを持つことが分かった。この結果を、我々は光励起により誘起された大きな揺らぎが、光反応を推進する駆動力になっていると解釈した。更に、この反応と揺らぎとの関係をより明確にするために、反応効率をコントロールできる光強度と圧縮率との関係を明らかとした。このようにして、タンパク質の構造揺らぎが反応過程においてダイナミックに変化する様子が、初めて捉えられるようになった。
熱容量や熱膨張係数の時間分解測定を行うことでも、反応中間体におけるエネルギーや体積揺らぎが増大している証拠を得ることができた。
揺らぎが大きいと考えられるループ領域が、機能に関係した反応に重要と思われる例を、YtvAと呼ばれる青色光センサータンパク質の反応に見出した。反応過程について、過渡回折格子(TG)法を用いて調べ、反応スキームを決めることに成功した。また、揺らぎの大きなループ領域の構造変化が機能に関係した反応に必須であることを示した。
こうした結果は、まさに揺らぎが機能に関係する反応と密接に関係していることを示すものであり、反応途中でエネルギーが不安定になり、構造が緩み、その結果反応が進行していることをうかがわせるものである。

現在までの達成度 (区分)
理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2013 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 2件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] High hydrostatic pressure induces CCW to CW reversals of the Escherichia coli flagellar motor2013

    • 著者名/発表者名
      M.Nishiyama, Y.Sowa, Y.Kimura, M. Homma, A. Ishijima, M. Terazima
    • 雑誌名

      J.Bacterio.

      巻: 195 ページ: 1809-1814

    • DOI

      10.1128/JB.02139-12.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Anomalous diffusion of TePixD and identification of the photoreaction product2013

    • 著者名/発表者名
      K.Kuroi, K.Tanaka, K.Okajima, M. Ikeuchi, S. Tokutomi, M.Terazim
    • 雑誌名

      Photochem.Photobiol.Sci.

      巻: 12 ページ: 1180-1186

    • DOI

      10.1039/c3pp25434h.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photochemistry of Arabidopsis phototropin 1 LOV1: transient tetramerization2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakasone, K. Zikihara, S. Tokutomi,M. Terazima
    • 雑誌名

      Photochem.Photobiol.Sci.

      巻: 12 ページ: 1171-1179

    • DOI

      10.1039/c3pp50047k.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Anomalous ground-state proton transfer of 4’-N,N-diethylamino-3-hydroxyflavone in ionic liquids of imidazolium-based cations with tetrafluoroborate2013

    • 著者名/発表者名
      K. Suda, M. Terazima, H. Sato, Y. Kimura
    • 雑誌名

      Chem. Comm.

      巻: 49 ページ: 3976-3978

    • DOI

      10.1039/C3CC40943K.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamics of the Amino-Terminal and Carboxyl-Terminal Helices of Arabidopsis Phototropin 1 LOV2 Studied by the Transient Grating2013

    • 著者名/発表者名
      K.Takeda, Y.Nakasone, K.Zikihara, S.Tokutomi, M. Terazima
    • 雑誌名

      J.Phys.Chem.B,

      巻: 117 ページ: 15606-15613

    • DOI

      10.1021/jp406109j.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Excitation Wavelength Dependence of Excited State Intramolecular Proton Transfer Reaction of 4´-N,N-diethylamino-3-hydroxyflavone in Room Temperature Ionic Liquids Studied by Optical Kerr Gate Fluorescence Measurement2013

    • 著者名/発表者名
      K. Suda, M. Terazima, H. Sato, Y. Kimura
    • 雑誌名

      J.Phys.Chem.B

      巻: 117 ページ: 12567-12582

    • DOI

      10.1021/jp405537c.

    • 査読あり
  • [学会発表] Multiphoton excitation induces a biologically important protein reaction of a photosensor2013

    • 著者名/発表者名
      K. Kuroi, Y.Nakasone, Keisuke T., Koji Okajima, M.Ikeuchi, S. Tokutomi, M. Terazima
    • 学会等名
      European Conference of Spectroscopy of Biological Molecules
    • 発表場所
      Oxfrord, UK
    • 年月日
      20130825-20130830
  • [学会発表] Thermodynamic measurement of the structural fluctuation in the signaling state of phototropin2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakasone, K. Zikihara, S. Tokutomi, M. Terazima
    • 学会等名
      International Conference on Solution Chemistry
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      20130707-20130712
  • [学会発表] Time-resolved thermodynamics for short lived intermediate species during protein reactions2013

    • 著者名/発表者名
      M.Terazima
    • 学会等名
      10th International Workshop On Subsecond Thermophysics
    • 発表場所
      Karlsruhe, Germany
    • 年月日
      20130626-20130628
  • [学会発表] 「分光」では見えないタンパク質反応を時間分解分光で観る2013

    • 著者名/発表者名
      寺嶋正秀
    • 学会等名
      生物物理学会北海道支部講演会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      20130604-20130604
    • 招待講演
  • [学会発表] 揺らぎと分子間相互作用の時間分解検出2013

    • 著者名/発表者名
      寺嶋正秀
    • 学会等名
      分子基盤に基づく生体機能への揺らぎとダイナミックネットワークの解明
    • 発表場所
      国際高等研究所
    • 年月日
      20130421-20130421
    • 招待講演
  • [図書] 揺らぎ・ダイナミクスと生体機能―物理化学的視点から見た生体分子―2013

    • 著者名/発表者名
      寺嶋正秀編
    • 総ページ数
      347
    • 出版者
      化学同人
  • [備考] 揺らぎが機能を決める生命分子の科学

    • URL

      http://kuchem.kyoto-u.ac.jp/hikari/yuragi/

URL: 

公開日: 2015-05-28  

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