非線形分光法による蛋白質の高次構造変化とコヒーレントダイナミクスの研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10440173
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 寺嶋 正秀 京都大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (00188674)
• キーワード: 過渡回折格子法 / 蛋白質ダイナミクス / ヘテロダイン検出 / ロドプシン / ミオグロピン

研究概要

(1)ミオグロビンの光リガンド解離に伴う構造変化と中間体のエネルギーの解明
過渡回折格子信号を定量的に解析することで、光で切れたCOが蛋白質から抜け出るのに室温で700nsかかること、COが切れた瞬間に蛋白質は約5cm^3/molの体積収縮があること、COが蛋白質から出ると15cm3/molの膨張になることなどが明らかとなった。また各中間体のエネルギーを決めることもできた。更に、COがgeminate recombinationできるサイト以外に、もう一つヘムポケットがあることも明らかとなった。
(2)Photoactive Yellow Protein(PYP)の構造変化;初めて体積変化にかなり大きい温度依存性があることが示された。体積変化の温度変化が見られたのは、我々の知る限り初めてであり、蛋白質の特性との関係を明らかにするために有効であると考えられる。
(3)ヘテロダイン法の適用
アクティブフィードバックを用いないHD-TG検出システムを作成し、光化学反応への応用を試みた。このシステムを、吸収と屈折率の寄与が同時に存在するスピロピランの光異性化反応に適用した。OHD検出によるLO光の位相を制御することで、屈折率変化と吸収の寄与を分離できた。更にそれのみならず、LO光と信号の位相を適当に選ぶことで、異なる化学種による信号も分離することができることがわかった。
また、本手法をタコロドプシンの光サイクルの研究に適用することで、この高感度性により非常に弱い励起光強度での測定が可能となることがわかり、生体分子の研究に大きく役立つことが明らかとなった。

研究成果

• [文献書誌] M.Terazima: "Vibrational relaxation from electronically photoexcited states in solution studied by the acoustic peak delay method: Hydrogen bonding effect to Betaine-30"Chem. Phys. Lett.. 305. 189-196 (1999)
• [文献書誌] K.Yasumoto: "Laser induced capillary wave at air/liquid interfaces in time domain"Appl. Phys. Lett.. 74. 1495-1497 (1999)
• [文献書誌] M.Terazima: "Optical heterodyne detected transient grating for studies of photochemical reactions and solution dynamics"Chem. Phys. Lett.. 304. 343-349 (1999)
• [文献書誌] T.Okazaki: "Thermalization process after the relaxation of electronically excited states: intramolecular proton transfer systems studied by the transient grating method"J. Chem. Phys.. 110. 11399-11410 (1999)
• [文献書誌] M.Terazima: "Optical heterodyne detected transient grating for the separation of phase and amplitude gratings"J. Phys. Chem. A,. 103. 7401-7407 (1999)
• [文献書誌] T.Okazaki: "Spatially resolved thermalization dynamics of electronically photoexcited azulene probed by a molecular integrated thermometer"J. Phys. Chem. A. 103. 9591-9600 (1999)