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1999 年度 研究成果報告書概要

精密原子間距離測定に基づく膜生体分子三次元構造解析システムの開発

研究課題

研究課題/領域番号 09558094
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分展開研究
研究分野 生物物理学
研究機関姫路工業大学

研究代表者

内藤 晶  姫路工業大学, 理学部, 助教授 (80172245)

研究分担者 相田 美砂子  広島大学, 理学部, 教授 (90175159)
辻 暁  姫路工業大学, 理学部, 助手 (60227387)
斉藤 肇  姫路工業大学, 理学部, 教授 (30100150)
藤戸 輝昭  日本電子データム, AI技術部, 課長
研究期間 (年度) 1997 – 1999
キーワード原子間距離 / 双極子相互作用 / 三次元構造 / REDOR / 分子動力学 / 膜結合生体分子 / 同位体標識 / 分子配列
研究概要

本研究では個体NMRを用いた精密原子間距離情報から膜結合生体分子の三次元構造を構築する方法のシステム化を目的として研究を遂行し、以下のような成果を得た。
(1)オピオイドペプチドであるLeu-エンケファリン結晶の三次元構造を精密原子間距離情報を基に決定することを試みた。6種類の精密原子間距離を精密に測定し、この距離情報をペプチド各残基のねじれ角に変換した。この時、化学シフト等放値から得られた二次元構造情報を制限条件に加えることにより、ねじれ角の範囲を限定することが可能となり、最終的にユニークな分子の三次元構造を構築することが可能となった。
(2)エンケファリン結晶におけるフェニル環の運動を固体重水素NMRを用いて詳しく検討した。この結果、フェニル環はフリップフロップ運動を起しており、この運動の周波数は結晶のパッキングや溶媒和分子の状態に依存することが判明した。
(3)ヒトカルシトニンの繊維形成過程を固体および溶液NMRを用いて測定した。この結果、ヒトカルシトニン分子の中央部は溶液状態ではα-へリックスを形成しているが、繊維化に伴ってβ-シート構造転移を起こすことが判明した。また、反応速度を解析した結果、繊維核ができる反応に続き、繊維成長が自己触媒的に起こる2段階反応で繊維化が進反応機構が明らかになった。
(4)ハチ毒の主成分であるメリチンとリン脂質であるDMPCの混合膜を調製し、磁場中で膜分断と融合を起こした結果、この二重膜は膜面を磁場に平行に向けて自発的に磁場配向することが判明した。この磁場配向膜中のメリチンの^<13>C化学シフト値を解析した結果、メリチンはα-へリックスを形成しており、へリックスは膜貫通状態であることが判明した。さらにこのヘリックスは膜面に垂直な対象軸のまわりで回転している動的な状態であることが明らかになった。

  • 研究成果

    (48件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (48件)

  • [文献書誌] A. Gil: "A^<13>CNMR Study on the Conformation and Dynamical Properities of a Cereal Strorage Protein. C-Hordein, and Its Model Peptides"Biopolymers. 41. 289-300 (1997)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] S. Nakatsuji: "Pepartion and properities of 2-(o-halophenyl)a-nitonyl nitroxides"Mol. Cryst. Liq. Cryst.. 306. 279-284 (1997)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] S. Yamaguchi: "Stability of C-Terminal -Helical Comain of Bacteriorhodopsin Protruding from the Membrane surface as Studied by High-resoluton Solid-state ^<13>CNMR"J. Biochem. (Tokyo). 123. 78-86 (1998)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] H. saito: "Conformation and Dynamics of Membrane Proteins and Biologically Active Peptides as Studied by High-resolution Solid-state^<13>CNMR"J. Mol. Structure. 441. 137-148 (1998)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] A. Naito: "Backbone Cynamics of Polycrystalline Peptides Studied by Measurements of ^<15>NNMR Lineshpes and ^<15>CTransverse Relaxation Times"J. Mol. Structure. 441. 231-242 (1998)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] A. K. Dioumaev: "Existence of a Proton Transfer Chain in Bacteriorhodopsin : Participation of Glu-194 in the Release of Protons to the Extracellular Surface"Biochemistry. 37. 2496-2506 (1998)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] M. Kamihira: "A High-resolution Solid-sate ^<13>C and ^<15>N NMR Study on Crystalline Leu- and Met-enkephalins : Distinction of Polymorphs, Backbone Dynamics and Local Conformational Rearrangements Induced by Dehydration or Freezing Motions of Bound Solvent Molecules"J. Phys. Chem. B. 102. 2826-2834 (1998)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] H. Saito: "Empirical versus Nonempirical Evaluation of Secondary Structure of Fibrous and Membrane Proteins by Solid-state NMR : A Practical Approach"Annn. Rep. NMR Spectrosc.. 36. 79-121 (1998)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] A. Naito: "Dipolar Interaction and Interatomic Distances"Physical and Theoretical Chemistry. 84. 22-49 (1998)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] H. Saito: "Polysaccharides and Biological Systems"Physical and Theoretical Chemistry. 84. 891-921 (1998)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] T. Iwasa: "^<19>F-NMR and UV-Vis Absorption Spectroscopic Studies of Fluorinated Octopus Rhodopsin and Its Photoproducts"J. Phys. Chem. A. 102. 5602-5610 (1998)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] S. Nakatsuji: "2-(2'-Halophenyl)-a-nitronyl nitroxides"New. J. Chem.. 275-280 (1998)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] K. Nishimura: "Determination of the Three-Dimensional Structure of Crystalline Leu-Enkephalin Dihydrate Based on Accurately Determined Six Sets of InteratomicDistances from ^<13>C-REDOR NMR and the Conformation-Dependent ^<13>C Chemical Shifts"J. Phys. chem. B.. 102. 7476-7483 (1998)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] M. Tanio: "Evidence of Local Conformational Fluctuations and Changes in Bacteriorhodopsin. Dependent of Lipids. Detergents and Trimeric Structure. as studied by ^<13>CNMR"Biochim. Biophys. Acta. 1375. 84-92 (1998)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] S. Tuzi: "Lodation of a cation-binding site in the loop between helices F and G of bacteriorhodopsin as studied by ^<13>CNMR"Biophys. J.. 76. 1523-1531 (1999)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] M. Kamihira: "Phenyl ring dynamics of enkephalin molecules and behavior of bound solvents in the crystalline states by ^2HNMR spectroscopy"J. Phys. Chem. B.. 103. 3356-3363 (1999)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] M. Tanio: "Long-distance effects of site-directed mutations on backbone conformation in bacteriorhodopsin from solid state NMR of [1-^<13>c]Val-labeled proteins"Biophys. J.. 77. 431-442 (1999)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] M. Tanio: "Conformational changes of bacteriorhodopsin along the proton-conduction chain as studied with ^<13>CNMR of [3-^<13>C]Ala-labeled protein : Arg^<82>may function as an information mediator"Biophys. J.. 77. 1577-1584 (1999)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] K. Nishimura: "Analysis of dipolar dephasing pattern in I-S_a multispin system for obtaining the information of molecular packing and its application to crystalline N-acetyl-Pro-Gly-Phe by REDOR solid state NMR"J. Phys. Chem. B.. 77. 431-442 (1999)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] A. Naito: "Conformation and dynamics of melittin bound to magnetically oriented lipid bilayers by solid-state ^<31>P and ^<13>CNMR spectroscopy"Biophys. J.. (in press). (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] M. Kamihira: "Conformational transitions and fibrillation mechanism of human calcitonin as studied by high resolution solid state ^<13>C NMR"Protein science. (in press). (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] H. Saito: "Conformation and Baclbone Dynamics of Bacteriorhodopsin Reveald by ^<13>C NMR"Biochim. Biophys. Acta. (in press). (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] S. Yamaguchi: "Irreversible Conformational Change of Bacterio-opsin Induced by Binding of the Retinal in In vitro Folding to Bacteriorhodopsin, as Studied by ^<13>C NMR"J. Biochem. (Tokyo). (in press). (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] S. Kimura: "A ^<13>C NMR Study on[3-^<13>C]-, [1-^<13>C]Ala or [1-^<13>C]Val-labeled Transmembrane Peptides of Bacteriorhodopsin in Lipid Bilayers : Insertion, Rigid-body Motions and Local Conformational Fuluctuations at Ambient Temperature"Biopolymers. (in press). (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] A.Gil: "A ィイD113ィエD1C NMR Study on the Conformation and Dynamical Properties of a Cereal Strorage Protein, C-Hordein, and Its Model Peptides"Biopolymers. 41. 289-300 (1997)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] S.Nakatsuji: "Preparation and properties of 2-(o-halophenyl)-a-nitonyl nitroxides"Mol.Cryst.Liq.Cryst.. 306. 279-284 (1997)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] S.Yamaguchi: "Stability of C-Terminal -Helical Domain of Bacteriorhodopsin Protruding from the Membrane Surface as Studied by High-resolution Solid-state ィイD113ィエD1C NMR"J.Biochem.(Tokyo). 123. 78-86 (1998)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] H.Saito: "Conformation and Dynamics of Membrane Proteins and Biologically Active Peptides as Studied by High-resolution Solid-state ィイD113ィエD1C NMR"J.Mol.Structure. 441. 137-148 (1998)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] A.Nito: "Backbone Dynamics of Polycrystalline Peptides Studied by Measurements of ィイD115ィエD1N NMR Lineshpes and ィイD113ィエD1C Transverse Relaxation Times"J.Mol.Structure. 441. 231-242 (1998)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] A.K.Dioumaev: "Existence of a Proton Transfer Chain in Backeriorhodopsin : Participation of Glu-194 in the Release of Protons to the Extracellular Surface"Biochemistry. 37. 2496-2506 (1998)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] M.Kamihira: "A High-resolution Solid-state ィイD113ィエD1C and ィイD115ィエD1N NMR Study on Crystalline Leu- and Met-enkephalins : Distinction of Polymorphs, Backbone Dynamics and Local Conformational Rearrangements Induced by Dehydration or Freezing Motions of Bound Solvent Molecules"J.Phys.Chem.B.. 102. 2826-2834 (1998)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] H.Saito: "Empirical versus Nonempirical Evaluation of Secondary Structure of Fibrous and Membrane Proteins by Solid-state NMR : A Practical Approach"Annu.Rep.NMR Spectosc.. 36. 79-121 (1998)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] A.Naito: "Dipolar Interaction and Interatomic Distances"Physical and Theoretical Chemistry. 84. 22-49 (1998)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] H.Saito: "Polysaccharides and Biological Systems"Physical and Theoretical Chemistry. 84. 891-921 (1998)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] T.Iwase: "ィイD119ィエD1F-NMR and UV-Vis Absorption Spectroscopic Studies of Fluorinated Octopus Rhodopsin and Its Photoproducts"J.Phys.Chem.A.. 102. 5602-5610 (1998)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] S.Nakatsuji: "2-(2'-Halophenly)-a-nitronyl nitroxides"New J.Chem.. 275-280 (1998)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] K.Nishimura: "Determination of the Three-Dimensional Structure of Crystalline Leu-Enkephalin Dihydrate Based on Accurately Determined Six Sets of Interatomic Distances from ィイD113ィエD1C-REDOR NMR and the Conformation-Dependent ィイD113ィエD1C Chemical Shifts"J.Phys.Chem.B.. 102. 7476-7483 (1998)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] M.Tanio: "Evidence of Local Conformational Fluctuations and Changes in Bacteriorhodopsin, Dependent on Lipids, Detergents and Trimeric Structure, as Studied by ィイD113ィエD1C NMR"Biochim.Biophys.Acta. 1375. 84-92 (1998)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] S.Tuzi: "Location of a cation-binding site in the loop between helices F and G of bacteriorhodopsin as studies by ィイD113ィエD1C NMR"Biophys.J.. 76. 1523-1531 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] M.Kamihara: "Phenyl ring dynamics of enkephalin molecules and behavior of bound solvents in the crystalline states by ィイD12ィエD1H NMR spectroscopy"J.Phys.Cehm.B.. 103. 3356-3363 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] M.Tanio: "Long-distance effects of site-directed mutations on backbone conformation in bacteriorhodopsin from solid state NMR of [1-ィイD113ィエD1C] Val-labeled proteins"Biophys.J.. 77. 431-442 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] M.Tanio: "Conformational changes of bacteriorhodopsin along the proton-conduction chain as studied with ィイD113ィエD1C NMR of 〔3-ィイD113ィエD1C〕Ala-labeled protein : ArgィイD182ィエD1 may function as an information mediator"Biophys.J.. 77. 1577-1584 (1999)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] N.Nishimura: "Analysis of dipolar dephasing pattern in I-SィイD2nィエD2 multispin system for obtaining the information of molecular packing and its application to crystalline N-acetyl-Pro-Gly-Phe by REDOR solid state NMR"J.Phys.Chem.B.. 77. 431-442 (1999)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] A.Naito: "Conformation and dynamics of melittin bound to magnetically oriented lipid bilayers by solid-state ィイD131ィエD1P and ィイD113ィエD1C NMR spectroscopy"Biophys.J.. (in press). (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] M.Kmihira: "Conformational transitions and fibrillation mechanism of human calcitonin as studied by high resolution solid state ィイD113ィエD1C NMR"Protein Science. (in press). (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] H.Saito: "Conformation and Backbone Dynamics of Bacteriorhodopsin Revealed by ィイD113ィエD1C NMR"Biochim.Biophys.Acta. (in press). (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] S.Yamaguchi: "Irreversible Conformational Change of Bacterio-opsin Induced by Binding of the Retinal in the In vitro Folding to Bacteriorhodopsin, as Studied by ィイD113ィエD1C NMR"J.Biochem.(Tokyo). (in press). (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] S.Kimura: "A ィイD113ィエD1C NMR Study on [3-ィイD113ィエD1C]-, [1-ィイD113ィエD1C] Ala or [1-ィイD113ィエD1C] Val-labeled Transmembrane Peptides of Bacteriorhodopsin in Lipid Bilayers : Insertion, Rigid-body Motions and Local Conformational Fluctuations at Ambient Temperature"Biopolymers. (in press). (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より

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公開日: 2001-10-23  

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