フラビンを発色団とする光センサー蛋白質の反応機構解明

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14658215
• 研究機関: 名古屋工業大学
• 研究代表者: 神取 秀樹 名古屋工業大学, 工学部, 助教授 (70202033)
• キーワード: フラビン / アダクト形成反応 / システイン / 赤外分光法 / 光反応中間体 / LOVドメイン / ロドプシン / 水素結合

研究概要

生物は光を情報へと変換するため、光センサーと呼ばれる一群の蛋白質をもっている。ロドプシンなど既知の光センサー蛋白質は、いずれも光異性化反応によって光情報変換を開始していた。ところが、最近になってフォトトロピンなどの青色センサーは、発色団として異性化が不可能なフラビン類をもつことが明らかになった。そこで本研究では、フラビンを発色団とする植物の青色センサーであるフォトトロピンに対して、フーリエ変換赤外分光法などの分光学的手法を駆使した研究を行い、その光反応メカニズムの解明を目的とした。フォトトロピンの光反応に関しては、フラビンとシステインとのアダクト形成であるという実験結果が最近、明らかになってきた一方で、そのシステインが解離している(チオレート)か、解離していない(チオール)か、という問題に関して大きな議論があった。
我々は平成14年度に、赤外分光法を用いたS-H伸縮振動の解析から、システィンは光を吸収する前には非解離型として存在することを明らかにした。この信号が光反応によって消滅する事実は、このシステインがフラビンとアダクトを形成することと一致する。この結果は、米国化学会誌に速報として掲載され、関係者の大きな注目を集めた。
このようなフラビンを発色団とする光受容蛋白質の解析を進める一方、比較の対象となるロドプシン類の研究も並行して行い、バクテリオロドプシンやフォボロドプシンの光反応過程に関するさまざまな新しい情報を得た。

研究成果

• [文献書誌] T.Nagata et al.: "Isomer-Specific Interaction of the Retinal Chromophore with Threonine-118 in Rhodopsin"J.Phys.Chem.A. 106. 1969-1975 (2002)
• [文献書誌] H.Kandori et al.: "Excited-State Dynamics of pharaonis Phoborhodopsin Probed by Femtosecond Fluorescence Sectroscopy"J.Phys.Chem.A. 106. 2091-2095 (2002)
• [文献書誌] H.Kandori et al.: "Photoisomerization of the Rhodopsin Chromophore in Clay Interlayers at 77 K"Chem.Phys.Lett.. 354. 251-255 (2002)
• [文献書誌] H.Kandori et al.: "Interaction of Asn105 with the Retinal Chromophore during Photoisomerization of pharaonis Phoborhodopsin"Biochemistry. 41. 4554-4559 (2002)
• [文献書誌] H.Kandori et al.: "Vibrational Frequency and Dipolar Orientation of the Protonated Schiff Base in Bacteriorhodopsin before and after Photoisomerization"Biochemistry. 41. 6026-6031 (2002)
• [文献書誌] K.Shimono et al.: "A Pharaonis Phoborhodopsin Mutant with the Same Retinal Binding Site Residues as in Bacteriorhodopsin"Biochemistry. 41. 6504-6509 (2002)
• [文献書誌] M.Iwamoto et al.: "Role of Asp193 in Chromophore-Protein Interaction of pharaonis Phoborhodopsin (Sensory Rhodopsin II)"Biophys.J.. 83. 1130-1135 (2002)
• [文献書誌] T.Iwata et al.: "Photoreaction of the Cysteine S-H Group in the LOV2 Domain of Adiantum Phytochrome3"J.Am.Chem Soc.. 124. 11840-11841 (2002)
• [文献書誌] Y.Furutani et al.: "FTIR Spectroscopy of the M Photointermediate in pharaonis Phoborhodopsin"Biophys.J.. 83. 3482-3489 (2002)
• [文献書誌] Y.Furutani, H.Kandori: "Internal Water Molecules of Archaeal Rhodopsins"Mol.Menbr.Biol.. 19. 257-265 (2002)
• [文献書誌] 神取秀樹: "バクテリオロドプシンのプロトンポンプ機構"酵素工学ニュース. 47. 17-22 (2002)
• [文献書誌] 神取秀樹, 加茂直樹: "フォボロドプシンの結晶構造と波長制御・光情報伝達機構"蛋白質核酸酵素. 47. 620-625 (2002)
• [文献書誌] 神取秀樹: "光駆動プロトンポンプの方向性を決める反応"化学. 57. 58-59 (2002)
• [文献書誌] T.Tanimoto et al.: "Structural Changes of Water in the Schiff Base Region of Bacteriorhodopsin : Proposal of a Hydration Switch Model"Biochemistry. 42. 2300-2306 (2003)
• [文献書誌] H.Kandori et al.: "Photoisomerization of the Rhodopsin Chromophore in Clay Interlayers at 77 K"Biochemistry. 42. 2790-2796 (2003)
• [文献書誌] 神取秀樹: "視覚の初期過程における光化学反応"レーザー研究. (印刷中). (2003)