基準振動解析による蛋白質構造の必然性の解明-光合成系を例にして

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11874119
• 研究機関: 山口大学
• 研究代表者: 三室 守 山口大学, 理学部, 教授 (40142004)
• 研究分担者: 菊地 浩人 日本医科大学, 医学部, 講師 (00224907)
• キーワード: 基準振動解析 / 光合成アンテナ系 / 動的構造 / セグメント / タンパク質構造

研究概要

光合成アンテナ系は色素-タンパク質複合体から構成される。色素は光エネルギーの吸収、移動を直接担うが、タンパク質は色素の電子状態を規定し、さらに光化学反応性も規定するため、アンテナ系でのエネルギー移動効率という観点からすればもっとも重要な要因である。この具体的な内容を藍色細菌が持つ水溶性のアンテナ色素タンパク質であるフィコシアニン(PC)について、結晶構造を基に基準振動解析法を用いて、タンパク質構造の意義を探索した。
構造パラメータの中で、2面角だけを変数とし、特定のα炭素と他のα炭素の動きの相関、また各々のα炭素の位置の揺らぎの大きさ指標とした。
PCは球状のミオグロビンに類似性の高い領域と、それに付加的に互いに平行なふたつのヘリックス部分から構成される。まず全体のα炭素の動きを調べると、1次構造では連続する領域で、他のそうした領域とは正または負の相関を明らかに示す「動的構造」を明らかにすることができ、それをセグメントと呼ぶことにした。これはヘリックスという静的構造とは異なる概念で捉えるべきものである。このセグメントの境界はヘリックスの境界とは必ずしも一致せず、むしろモデュールの境界と一致することが多く、新しい構造の単位が定義されたと考えた。
次に、付加的なヘリックス部分の影響を調べると、この部分がないと、(1)全体の動きの調和性が著しく減少すること、(2)色素の電子状態にもっとも影響を与えると考えられる87番目のアスパラギン酸の動きが大きくなるなど、まったく予想外の結果が得られた。
これらの結果から、タンパク質の影響は、静的、動的の両方の側面から解析することが重要であることが明らかとなった。(この結果は現在投稿中)

研究成果

• [文献書誌] Papageogiou,G.C.et al.: "Membrane lipid unsaturation modulates light-induced and osmotically-induced shift in chlorophyll a fluorescence of Synechocystis sp.PCC 6803."Photosynthe.Research. 59. 125-136 (1999)
• [文献書誌] Mimuro,M.et al.: "Fluorescence properties of Chlorophyll d-dominating prokaryotic alga,Acaryochloris marina:Studies by means of the time-resolved spectroscopy."Biochimica et Biophysica Acta. 1412. 37-46 (1999)
• [文献書誌] Akimoto,S.et al.: "Excitation relaxation of carotenoids within the S2 state probed by the femtosecond fluorescence up-conversion method."Chemical Physics Letters. 313. 63-68 (1999)
• [文献書誌] Ishii,T.et al.: "The effects of pH and ionic strength on the aggregation of bacteriochlorophyll c in aqueous oragnic media: possibility of two kinds of aggregation forms."Photochemistry and Photobiology. 70. 760-765 (1999)
• [文献書誌] Iida,K.et al.: "Characterization of the light-havesting polypeptide/bacteriochlorophyll a complex isloated from photosynthetic bacteria by linear dichroism spectra."Bull.Chem.Soc.Japan. 73. 221-229 (2000)
• [文献書誌] Mimuro,M.et al.: "Up-hill energy transfer in a chlorophyll d-dominating oxygenic photosynthetic prokaryote,Acaryochloris marina."Biochimica et Biophysica Acta. 1456. 27-34 (2000)
• [文献書誌] Mimuro,M.et al.: "Magnetic circular dichroism(MCD)properties of reaction center complexes isolated from the Zn-Bacteriochlorophyll a containing purple bacterium,Acidiphilium rubrum."Biochemistry. (in press).
• [文献書誌] Akimoto,S.et al: "Excitation relaxation dynamics of linear carotenoids"J.Luminescence. (in press).
• [文献書誌] 山崎 巖 他: "光受容蛋白質における超高速光化学反応のレーザー分光による計測"レーザー生物・医学応用. RTM-99-31. 29-34 (1999)
• [文献書誌] Mimuro,M.et al.: "Concepts Photobiology:Photosynthesis and Photomorphogenesis."Kluwer Academic Pub.. (1999)
• [文献書誌] 三室 守: "藻類の多様性と系統"裳華房. (1999)
• [文献書誌] 三室 守: "光がもたらす生命と地球の共進化:エネルギーと食糧と地球環境に対するグローバルな視点"中部経済新聞社. (1999)
• [文献書誌] 三室 守: "電子と生命-新しいバイオエナジェッティックスの展開"共立出版. 印刷中