蛋白質のコヒーレント振動モードの由来と反応との相関の解明

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13740331
• 研究種目: 奨励研究(A)
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 中島 聡 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 助手 (80263234)
• キーワード: 超高速分光 / タンパク質ダイナミクス / ブルー銅タンパク質 / Psuedoazurin / ヘムタンパク質 / Cytochrome c / 均一不均一 / Ti : Sapphireレーザ

研究概要

ブルー銅タンパク質の一種であるpseudoazurinとヘムタンパク質の代表的なものであるCytochrome cについて、超高速分光法を用いてそのダイナミクスを調べた。これらのタンパク質はいずれも電子伝達系に含まれるもので前者は植物などの光合成系で、後者は動物の呼吸鎖で働く電子伝達タンパク質である。電子伝達を行うタンパク質一般に見られることであるが、酸化還元反応による再配向エネルギーの変化をできるだけ小さくするためだと考えられるが、酸化体、還元体の変化によらず活性中心の構造は非常によく保持されている。このため構造の違いによる電子状態の静的な変化は少なく、反応時のタンパク質環境のダイナミクスが効率化、選択性を制御していると思われる。pseudoazurinについては研究室自作のCr : Forsteriteレーザを、またCytochrome cについても研究室自作のTi : sapphireレーザを用いて研究を行った。それぞれ波長が630nm,400nmとそれぞれのタンパク質を励起するのに最適なものを制作できた。またこれらはほぼ20フェムト秒台のパルス幅をもち、分子内振動も含めてタンパク質のダイナミクスを観測するのに十分な時間分解能をもつ。pseudoazurinの場合はすでに報告したようにplastocyaninで見られたのと同様の30cm^<-1>近辺のタンパク質の骨格振動由来と考えられる低波数のコヒーレントな振動が観測され、これはタンパク質が反応によってコヒーレントに振動することをより明確に示したものといえる。また、Cytochrome cに関しては酸化型と還元型でダイナミクスにおける均一不均一性が大きく異なることがわかった。これが機能にどのように関連しているか今後追求していきたいと考えている。

研究成果

• [文献書誌] A.C.Bhasikuttan, S.Nakashima et al.: "Ultrafast Fluorescence Detection in Tris-(2,2 Bipyridine)Ruthenium(II) Complex in Solution : Relaxation Dynamics Involving Higher Excited States"Journal of American Chemical Society. (in press). (2002)
• [文献書誌] S.Nakashima et al.: "Coherent dynamics in ultrafast charge-transfer reaction of plastocyanin"Chemical Physics Letters. 331. 396-402 (2000)
• [文献書誌] Kei Toyota, Satoru Nakashima et al.: "Near-infrared laser-induced breakdown of Iiquid benzene"Chemical Physics Letters. 323. 323-328 (2000)
• [文献書誌] Kei Toyota, Satoru Nakashima et al.: "Analysis of products from breakdown of liquid benzene, toluene and cyclohexane caused by Nd3+ : YAG pulsed laser irradiation"Journal of Photochemistry and Photobiology. 144. 9-16 (2001)
• [文献書誌] S.Yoshioka, S.Nakashima et al.: "Temperature Dependence of Low-Frequency Responses of Liquid 1-alkens Studied by Femtosecond Optical Kerr Effect Spectroscopy"Journal of Molecular Liquid. 96-97. 275-285 (2002)