偏光赤外分光を用いたロドプシンの動的構造解析

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11480193
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 神取 秀樹 京都大学, 大学院・理学研究科, 講師 (70202033)
• キーワード: 赤外分光 / ロドプシン / バクテリオロドプシン / 配向膜 / 水素結合 / 構造変化 / 同位体 / 変異蛋白質

研究概要

本研究では、ロドプシン類の配向試料に対する偏光赤外分光を行い、これらの蛋白質がG蛋白質の活性化やプロトンポンプといった機能を発現する際の動的構造変化を明らかにすることを目指している。分光学的な手法を用いて本年度は以下のような成果が得られた。
バクテリオロドプシンの光異性化反応における蛋白質側の構造変化を詳細に捉えるため、偏光赤外分光を用いた測定系を構築した。その結果、異性化反応に伴う発色団の構造変化によって、水分子を含む水素結合ネットワークに大きな歪みが生じていることがわかった。そこで具体的に振動バンドを同定するため、スレオニンの水酸基を同位体に置換した試料の測定を行った。その結果、重水置換可能なO-H伸縮が89位のスレオニンであり、この部位は異性化反応に伴って水素結合が強くなることが明らかになった。
さらに塩素イオンポンプであるハロロドプシン、呼吸鎖に含まれるプロトンポンプであるオキシデース、色覚色素であるアイオドプシンの赤外分光により、機能発現過程における蛋白質の側の構造変化を明らかにした。
一方、ロドプシンの配向膜および二次元結晶を作製するため、nonylglucosideを用いてウシ網膜視細胞から高い純度のロドプシン試料の精製を行った。現在は、これを用いて配向膜および二次元結晶の作製を試みている。

研究成果

• [文献書誌] Yamazaki Y.: "Fourier Transform Infrared Studies on Conformation Changes of bd-type Ubiguinol Oxidase from Escherichia coli upon Photoreduction of the Redox Metal Centers"J. Biochem.. 125. 1131-1136 (1999)
• [文献書誌] Chon Y.-S.: "Existence of Two L Photointermediates of Halorhodopsin from Halobacterium salinarum, Different in their Protein and Water FTIR Bands"Biochemistry. 38. 9449-9455 (1999)
• [文献書誌] Yamazaki Y.: "Effects of Amino Acid Substitutions on Redox-induced Conformational Changes of the Escherichia coli bo-type Ubiguinol Oxidase Revealed by Fourier-transform Infrared Spectroscopy"J. Biochem.. 126. 194-199 (1999)
• [文献書誌] Kandori H.: "Structural Change of Threonine 89 upon Photoisomerization in Bacteriorhodopsin as Revealed by Polarized FTIR Spectroscopy"Biochemistry. 38. 9676-9683 (1999)
• [文献書誌] Imamoto Y.: "Anion Binding Effect to Iodopsin Studied by Low-Temperature FTIR Spectroscopy"Biochemistry. 38. 11749-11754 (1999)
• [文献書誌] Kandori H.: "Local and Distant Protein Structural Changes upon Photoisomerization of the Retinal in Bacteriorhodopsin"Proc. Natl. Acad. Sci. USA. (印刷中). (2000)