バイオマシンとしての蛋白質の量子論と分光学

1990 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02305013
• 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, 分子科学研究所, 教授 (40029955)
• 研究分担者: 垣谷 俊昭 名古屋大学, 理学部, 助教授 (90027350) ; 森島 績 京都大学, 工学部, 教授 (50026093) ; 今村 詮 広島大学, 理学部, 教授 (70076991) ; 郷 信広 京都大学, 理学部, 教授 (50011549) ; 西本 吉助 大阪市立大学, 理学部, 教授 (20046949)
• キーワード: タンパク質 / 量子生物学 / 生体分子分光学 / 時間分解分光学

研究概要

マシンとしての蛋白質分子の性質や反応性は、分子の立体構造と電子状態によって決まり、実験的には主に分光学的手法を用いて観測され、量子論にもとづいて統一的に説明されるべきものである。しかし一人の人が両方をすることは困難であり、実験家と理論家が協力することが非常に大切である。このような観点から本年度は、実験家と理論家の討論集会を2度もった。第1回は、光エネルギ-変換マシンに重点を置き、光合成系を構成するタンパク質の構造と機能を論じた。すなわち、反応中心タンパク質の役割とキノンへの光誘起電子移動(伊藤)、光合成電子伝達の結晶学的研究(三木)、ヘムタンパク質における光誘起電子移動(北川)、タンパク質間電子移動へのアミノ酸置換効果(〓野)、低温電子移動反応の理論(垣谷)等の研究成果を説明し、不導体であるタンパク質の中で光電荷分離が起こり、電子が移動する現象のメカニズム解明へ理解を深めた。また、フラビンーグリシン複合体の非経験的分子軌道計算(西本)、タンパク質の構造転移とNMR分光(赤坂)、レ-ザ-による膜蛋白質回転運動の研究(川戸)、生体膜面上の抗原抗体分子のダイナミックス(中西)、蛍光分光で見たトリプトファン残基の蛋白質内運動(田中)等、蛋白質の動的構造と機能との関係を多面的に調べた。第2回目の班会議では、呼吸鎖における電子移動とプロトン移動のカップリングマシンとしてのタンパク質を中心に討論した。またカロチノイド等のポリエンの電子状態(福留)、電子伝達部品としての鉄硫黄蛋白質のクロモフォ-の電子状態(山口)、非周期性高分子の電子状態の計算法(今村)、ポリペプチドの2次構造計算(広田)、静電ポテンシャルの図形表現(柏木)等、理論側の成果を聞くと共に、実験側からポリフィリンπカチオンラジカルの電子構造(森島)、チトクロムC_3のミクロ酸化還元電位(阿久津)、生体反応の非線形性(吉川)を指摘した。

研究成果

• [文献書誌] S.Kaminaka;T.Ogura;T.Kitagawa: "Timeーresolved ultraviolet resonance Raman study of the photolysis of carbonmonoxy hemoglobin: Relaxation of the globin structure." Journal of American Chemical Society,<112>___ー,23ー27 (1990). 112. 23-27 (1990)
• [文献書誌] T.Ogura;V.Fidler;Y.Ozaki;T.Kitagawa: "Alcohol catalyzed photoreduction of iron porphyrin complexes revealed by resonance Raman and absorption spectroscopies." Chemical Physics Letters. 169. 457-459 (1990)
• [文献書誌] T.Egawa;Y.Imai;T.Ogura;T.Kitagawa: "Resonance Raman study on mutant cytochrome Pー450 obtained by site directed mutagenesis." Biochimica Biophysica Acta. 1040. 211-216 (1990)
• [文献書誌] T.Ogura;T.Kitagawa;S.Takahashi;K.Shinzawa;S.Yoshikawa: "Observation of the Fe^<II>ーO_2 stretching Raman band for compound A of cytochrome oxidase at room temperature." Journal of American Chemical Society. 112. 5630-5631 (1990)
• [文献書誌] Y.Mizutani;S.Hashimoto;Y.Tatsuno;T.Kitagawa: "Resonance Raman pursuit of the change from Fe^<II>ーO_2 to Fe^<III>ーOH via Fe^<IV>=O in autoxidation of ferrous ironーporphyrin." Journal of American Chemical Society. 112. 6809-6814 (1990)
• [文献書誌] T.Ogura;T.Kitagawa;S.Takahashi;K.Shinzawa;S.Yoshikawa: "Observation of the Fe^<4+>+O stretching Raman band for cytochrome oxidase compound B at ambient temperature." Journal of Biological Chemistry. 265. 14721-14723 (1990)
• [文献書誌] K.Imai;T.Kitagawa;D.Shie;K.Ishimori;Y.Wada;J.Tame;K.Fushitani;H.Morimoto;K.Nagai;G.Miyazaki;I.Morishima: "Protein Structural Analysis,Folding and Design" Japan Science Society Press, 230 (1990)