時間分解熱力学の創生と蛋白質反応機構の解明への適用

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18205002
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物理化学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 寺島 正秀 京都大学, 大学院・理学研究科, 教授 (00188674)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2009
• キーワード: 熱力学 / 時間分解 / タンパク質 / 反応ダイナミクス / 過渡回折格子 / 反応中間体

研究概要

時間分解熱力学法という新しい分野を創生し、熱力学と速度論の2つの大きな分野を融合した。さらにその手法を、種々のタンパク質反応に適用し、歴史上はじめて反応中間体の熱容量変化や体積変化などの熱力学量を時間分解計測することに成功した。その結果、他の手法では観測されない水和量変化や構造変化などのダイナミクスを発見し、機能に直結した反応機構解明を行った。

研究成果

• [雑誌論文] Pressure-induced changes in the structure and function of the kinesin-microtubule complex (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Nishiyama, Y. Kimura, Y. Nishiyama, M. Terazima
  • 雑誌名: Biophys. J. 96 ページ: 1142-1150
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reaction dynamics of halorhodopsin studied by time-resolved diffusion (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Inoue, M. Kubo, M. Demura, N. Kamo, M. Terazima
  • 雑誌名: Biophys. J. 96 ページ: 3724-3734
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diffusion of gold ions and gold particles during photoreduction processes probed by the transient grating method (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Harada, K. Okamoto, M. Terazima
  • 雑誌名: J. Collo. Inter. Sci. 332 ページ: 373-381
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oligomeric State-Dependent Conformational Change of a BLUF Protein TePixD (Tll0078) (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Tanaka, Y. Nakasone, K. Okajima, M. Ikeuchi, S. Tokutomi, M. Terazima
  • 雑誌名: J. Mol. Biol. 386 ページ: 1290-1300
  • 査読あり
• [雑誌論文] Charge effect on the diffusion coefficient and the bimolecular reaction rate of diiodide anion radical in room temperature ionic liquids (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Nishiyama, M. Terazima, Y. Kimura
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 113 ページ: 5188-5193
  • 査読あり
• [雑誌論文] Raman spectroscopic study on solvation of p-aminobenzonitrile in supercritical water and methanol (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Osawa, T. Hamamoto, T. Fujisawa, M. Terazima, H, Sato, Y. Kimura
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. A 113 ページ: 3143-3154
  • 査読あり
• [雑誌論文] Energetics and role of hydrophobic interaction during photoreaction of BLUF domain of AppA (2008)
  • 著者名/発表者名: P. Hazra, K. Inoue, W. Laan, K.J. Hellingwerf, M. Terazima
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 112 ページ: 1494-1501
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conformational changes in the N-terminal region of photoactive yellow protein: A time-resolved diffusion study (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Hoshihara, Y. Imamoto, M. Kataoka, F. Tokunaga, M. Terazima
  • 雑誌名: Biophys. J. 94 ページ: 2187-2193
  • 査読あり
• [雑誌論文] Raman spectroscopic study on the solvation of decafluorobenzeophenone ketyl radical and related compounds in 2-propanol from ambient to supercritical temperature (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Fujisawa, T. Ito, M. Terazima, Y. Kimura
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. A 112 ページ: 1914-1921
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transient grating study on vibrational energy relaxation of bridged azulene-anthracene's, H. Fujiwara (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Terazima, Y. Kimura
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett. 454 ページ: 218-222
  • 査読あり
• [雑誌論文] M. Fukuda, M. Terazima, Y. Kimura (2008)
  • 著者名/発表者名: Study of sound velocity dispersion in room temperature ionic liquids by the transient grating method
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 128 ページ: 114508(1-8)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Signal transmission through the HtrII transducer alters the interaction of twoα-helices in the HAMP domain (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Inoue, J. Sasaki, J.L. Spudich, M. Terazim
  • 雑誌名: J. Mol. Biol. 376 ページ: 963-970
  • 査読あり
• [雑誌論文] Protein diffusion probed by the transient grating method with a new type of photochromic molecule (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Eitoku, M. Terazima
  • 雑誌名: Photochem. Photbiol. 84 ページ: 869-873
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sound velocity dispersion in room temperature ionic liquids studied by the transient grating method (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Fukuda, M. Terazima, Y. Kimura
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 128 ページ: 114508
  • 査読あり
• [雑誌論文] Solvent Effects on the Local Structure of p-Nitroaniline in Supercritical Water and Supercritical Alcohols (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Fujisawa, M. Terazima, Y. Kimura
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. A 112 ページ: 5515-5526
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study of the translational diffusion of the benzophenone ketyl radical in comparison with stable molecules in room temperature ionic liquids by transient grating spectroscopy (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Nishiyama, M. Fukuda, M. Terazima, Y. Kimura
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 128 ページ: 164514(1-9)
  • 査読あり
• [雑誌論文] An optical high-pressure cell for transient grating measurements of biological substance with a high reproducibility (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Hoshihara, Y. Kimura, M. Matsumoto, M. Nagasawa, M. Terazima
  • 雑誌名: Rev. Sci. Instrum. 79 ページ: 034101 (1-5)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Charge stabilization in reaction center protein investigated by optical heterodyne detected transient grating spectroscopy (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Omori, L. Nagy, M. Dorogi, M. Terazima
  • 雑誌名: Eur. Biophys. J. 37 ページ: 1167-1174
  • 査読あり
• [雑誌論文] Distribution analysis for single molecule FRET measurement (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Okamoto, M. Terazima
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 112 ページ: 7308-7314
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermodynamics of apoplastocyanin folding: Comparison between experimental and theoretical results (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Yoshidome, M. Kinoshita, S. Hirota, N. Baden, M. Terazima
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 128 ページ: 225104(1-9)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transport properties of binary mixtures of carbon dioxide and 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate studied by transient grating spectroscopy (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Demizu, M. Terazima, Y. Kimura
  • 雑誌名: Anal. Sci. 24 ページ: 1329-1334
  • 査読あり
• [雑誌論文] G-quadruplex structures of human telomere DNA examined by single molecule FRET and BrG-substitution (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Okamoto, Y. Sannohe, T. Mashimo, H. Sugiyama, M. Terazima
  • 雑誌名: Bioorg. Med. Chem. 16 ページ: 6873-6879
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photochemical reaction and diffusion of caged calcium studied by the transient grating (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Kondoh, N. Baden, M. Terazima
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett. 462 ページ: 58-63
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stability of dimer and domain-domain interaction of Arabidopsis phototropin 1 LOV2 (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakasone, T. Eitoku, K. Zikihara, D. Matsuoka, S. Tokutomi, M. Terazima
  • 雑誌名: J. Mol. Biol. 383 ページ: 904-913
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spectrally silent light induced conformation change in photosynthetic reaction centers (2008)
  • 著者名/発表者名: L. Nagy, P. Maroti, M. Terazima
  • 雑誌名: FEBS Lett. 582 ページ: 3657-3662
  • 査読あり
• [雑誌論文] Initial heating mechanism of fluids after photoexcitation of molecules in various phases (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Terazima
  • 雑誌名: Eur. Phys. J. ST 153 ページ: 19-24
  • 査読あり
• [雑誌論文] 隠されたタンパク質反応に光を当てる (2008)
  • 著者名/発表者名: 寺嶋正秀
  • 雑誌名: 化学 63 ページ: 20-24
  • 査読あり
• [雑誌論文] Application of the transient grating method to the investigation of the photo-thermalization process of malachite green in room temperature ionic liquids (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Fukuda, O. Kajimoto, M. Terazima, Y. Kimura
  • 雑誌名: J. Mol. Liq. 134 ページ: 49-54
  • 査読あり
• [雑誌論文] Laser-induced Transient Grating Analysis of Dynamics of Interaction between Sensory Rhodopsin II D75N and the HtrII Transducer (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Inoue, J. Sasaki, J.L. Spudich, M. Terazima
  • 雑誌名: Biophys. J. 92 ページ: 2028-2040
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photo-reverse-reaction dynamics of octopus rhodopsin (2007)
  • 著者名/発表者名: Inoue, M. Tsuda, M. Terazima
  • 雑誌名: Biophys. J. 92 ページ: 3643-3651
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamics of conformational changes of Arabidopsis phototropin 1 LOV2 with the linker domain (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakasone, T. Eitoku, D. Matsuoka, S. Tokutomi, M. Terazima
  • 雑誌名: J. Mol. Biol. 367 ページ: 432-442
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transient dimerization and conformational change of a BLUF protein: YcgF (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakasone, T. Ono, A. Ishii, S. Masuda, M. Terazima
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 129 ページ: 7028-7035
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of pressure wave generated by focusing a femtosecond laser pulse inside a glass (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Sakakura, M. Terazima, K. Miura, K. Hirao, Y. Shimotsuma
  • 雑誌名: Opt. Express 15 ページ: 5674-5686
  • 査読あり
• [雑誌論文] Raman spectroscopic study on the solvation of N, N-dimethyl-p-nitroaniline in room temperature ionic liquids (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Kimura, T. Hamamoto, M. Terazima
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. A 111 ページ: 7081-7089
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photochemical intermediates of Arabidopsis phototropin 2 LOV domains associated with conformational changes (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Eitoku, Y. Nakasone, K. Zikihara, D. Matsuoka, S. Tokutomi, M. Terazima
  • 雑誌名: J. Mol. Biol. 371 ページ: 1290-1303
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation of gold nanoparticles by the laser ablation in room temperature ionic liquids (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Kimura, H. Takata, M. Terazima, T. Ogawa, S. Isoda
  • 雑誌名: Chem. Lett. 36 ページ: 1130-1131
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermodynamical properties of reaction intermediates during apoplastocyanin folding in time-domain (2007)
  • 著者名/発表者名: N. Baden, S. Hirota, T. Takabe, N. Funasaki, M. Terazima
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 127 ページ: 175103 (1-12)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Heating and rapid cooling after photoexcitation of bulk glass by focusing a femtosecond laser pulse (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Sakakura, M. Terazima, Y. Shimotsuma, K. Miura, K. Hirao
  • 雑誌名: Opt. Express. 15 ページ: 16800-16807
  • 査読あり
• [雑誌論文] フェムト秒レーザーを用いた透明媒質内部加工における変形過程とエネルギー散逸過程の観測法 (2007)
  • 著者名/発表者名: 坂倉政明, 寺嶋正秀, 三浦清貴, 平尾一之
  • 雑誌名: レーザー研究 35 ページ: 109-115
  • 査読あり
• [雑誌論文] 蛋白質反応における体積変化と圧力効果 (2007)
  • 著者名/発表者名: 寺嶋正秀, 木村佳文, 星原悠司
  • 雑誌名: 日本高圧力学会誌(The review of high pressure science and technology) 17,No1 ページ: 4-12
  • 査読あり
• [雑誌論文] 新しいバイオセンサーによるタンパク質間相互作用の時間分解検出 (2007)
  • 著者名/発表者名: 寺嶋正秀
  • 雑誌名: 生体の科学 58 ページ: 366-369
  • 査読あり
• [雑誌論文] 時間分解タンパク質間相互作用検出法とその応用 (2007)
  • 著者名/発表者名: 寺嶋正秀
  • 雑誌名: 生物物理学会誌 47 ページ: 235-240
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photo-excitation dynamics of malachite green in ionic liquids studied by the transient grating method (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Fukuda, O. Kajimoto, M. Terazima, Y. Kimura
  • 雑誌名: Ultrafast Phenomena XV(edited by P. Corkum, D. Jonas, R.J.D. Miller, A.M. Weiner)(Springer) ページ: 294-296
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microscopic Analysis of kinesin-microtuble complex under high hydrostatic pressure (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Nishiyama, Y. Kimura, M. Terazima
  • 雑誌名: Biophys. J. ページ: 499A-500A
  • 査読あり
• [雑誌論文] A line-scanning multiphoton fluorescence spectromicroscope applied to the study of the thylakoid membrane in cyanobacteria and chloroplasts (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Kumazaki, M. Hasegawa, M. Ghoneim, M. Terazima, H. Oh-Oka, T. Shiina
  • 雑誌名: Photosynthesis research 91 ページ: 211-211
  • 査読あり
• [雑誌論文] 分子分光による生体分子科学の進展 (2007)
  • 著者名/発表者名: 寺嶋正秀
  • 雑誌名: 学術の動向 12 ページ: 72-73
  • 査読あり
• [雑誌論文] Time-resolved thermodynamics: Heat capacity change of transient species during photo-reaction of PYP. (2006)
  • 著者名/発表者名: J.S. Khan, Y. Imamoto, M. Kataoka, F. Tokunaga, M. Terazima
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 128 ページ: 1002-1008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conformational changes of PYP monitored by diffusion coefficient: Effect of N-terminalα-helices (2006)
  • 著者名/発表者名: J.S. Khan, Y. Imamoto, M. Harigai, M. Kataoka, M. Terazima
  • 雑誌名: Biophys. J. 90 ページ: 3686-3693
  • 査読あり
• [雑誌論文] Raman spectroscopic study on solvation of diphenylcyclopropenone and phenol blue in room temperature ionic liquids (2006)
  • 著者名/発表者名: T. Fujisawa, M. Fukuda, M. Terazima, Y. Kimura
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. A 110 ページ: 6164-6172
  • 査読あり
• [雑誌論文] Excitation wavelength dependence of the Raman stokes shift of N, N-dimethyl-p-nitroaniline (2006)
  • 著者名/発表者名: T. Fujisawa, M. Terazima, Y. Kimura
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 124 ページ: 184503(1-9)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conformational Changes during Apoplastocyanin Folding Observed by Photocleavable Modification and Transient Grating (2006)
  • 著者名/発表者名: S. Hirota, Y. Fujimoto, J. Choi, N. Baden, N. Katagiri, M. Akiyama, R. Hulsker, M. Ubbink, T. Okajima, T. Takabe, N. Funasaki, Y. Watanabe, M. Terazima
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 128 ページ: 7551-7558
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kinetic measurement of transient dimerization and dissociation reactions of Arabidopsis phototropin 1 LOV2 domain (2006)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakasone, T. Eitoku, D. Matsuoka, S. Tokutomi, M. Terazima
  • 雑誌名: Biophys. J. 91 ページ: 645-653
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tetramer Formation Kinetics in the Signaling State of AppA monitored by the time-resolved diffusion (2006)
  • 著者名/発表者名: P. Hazra, K. Inoue, W. Laan, K.J. Hellingwerf, M. Terazima
  • 雑誌名: Biophys. J. 91 ページ: 654-661
  • 査読あり
• [雑誌論文] Time-resolved detection of conformational changes in Oat Phytochrome A: Time-dependent diffusion (2006)
  • 著者名/発表者名: T. Eitoku, X. Zarate, G.V. Kozhukh, J.-I. Kim, P.-S. Song, M. Terazima
  • 雑誌名: Biophys. J. 91 ページ: 3797-3804
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study on the vibrational energy relaxation of p-nitroaniline, N, N-dimethyl-p-nitroaniline and azulene by the transient grating method (2006)
  • 著者名/発表者名: Y. Kimura, M. Fukuda, O. Kajimoto, M. Terazima
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 125 ページ: 194516 (1-12)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diffusion of the platinum ions and platinum nanoparticles during the photoreduction processes using the transient grating method (2006)
  • 著者名/発表者名: M. Harada, K. Okamoto, M. Terazima
  • 雑誌名: Langmire 22 ページ: 9142-9149
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intermolecular interaction of myoglobin with water molecules along the pH-denaturation curve (2006)
  • 著者名/発表者名: N. Baden, M. Terazima
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 110 ページ: 15548-15555
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diffusion coefficients as a monitor of reaction kinetics of biological molecules (2006)
  • 著者名/発表者名: M. Terazima
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 8 ページ: 545-557
  • 査読あり
• [雑誌論文] 植物はどうやって光を見るのか:青色光受容の分子ダイナミクス解明に向けて (2006)
  • 著者名/発表者名: 寺嶋正秀
  • 雑誌名: 化学 61,No.3 ページ: 72-73
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ligand dissociation process from Myoglobin monitored by the time-resolved volume change (2006)
  • 著者名/発表者名: M. Terazima
  • 雑誌名: J. Chine. Chem. Soc. 53 ページ: 253-262
  • 査読あり
• [学会発表] Detection of protein fluctuations during reactions by the time-resolved thermodynamics (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Terazima
  • 学会等名: 生物物理年会
  • 発表場所: 徳島
  • 年月日: 20091030-20091101
• [学会発表] Time-Resolved Thermodynamics of Chemical Reactions (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakasone, S. Tokutomi, M. Terazima
  • 学会等名: 24th European Symposium on Applied Thermodynamics
  • 発表場所: Santiago de Compostela, SPAIN
  • 年月日: 20090627-20090701
• [学会発表] アポプラストシアニン折りたたみの熱力学理論と実験との定量的比較 (2008)
  • 著者名/発表者名: 吉留崇, 木下正弘, 廣田俊, 馬殿直樹, 寺嶋正秀
  • 学会等名: 第31回溶液化学シンポジウム
  • 発表場所: 近畿大学
  • 年月日: 20081111-20081113
• [学会発表] Time-Resolved Thermodynamics of Biological Proteins (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Terazima
  • 学会等名: 23rd European Symposium on Applied Thermodynamics
  • 発表場所: Riviera, France
  • 年月日: 20080529-20080601
• [学会発表] Direct time-resolved measurement of the thermodynamical properties of photoreceptor protein "phototropin". (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakasone, T. Ono, A. Ishii, S. Masuda, M. Terazima
  • 学会等名: Gordon Research Conference on Photoacoustic and Photothermal Phenomena
  • 発表場所: Ventura, USA
  • 年月日: 20080210-20080215
• [学会発表] 青色光センサー蛋白質フォトトロピンの光反応分子機構とその熱力学的ダイナミクス (2007)
  • 著者名/発表者名: 中曽根祐介, 永徳丈, 松岡大介, 直原一徳, 徳富哲, 寺嶋正秀
  • 学会等名: 第1回分子科学討論会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 20070916-20070920
• [学会発表] Conformational change of photoactive yellow protein studied by the time-resolved thermodynamics (2007)
  • 著者名/発表者名: P. Hazra, 今元泰, 針貝美樹, 片岡幹雄, 寺嶋正秀
  • 学会等名: 第1回分子科学討論会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 20070916-20070920
• [学会発表] AppA-BLUFドメインの光反応における熱力学的ダイナミクスの解明 (2007)
  • 著者名/発表者名: Partha Hazra, 井上圭一, W. Laan, K.J. Hellingwerf, 寺嶋正秀
  • 学会等名: 日本化学会第87春季年会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 20070325-20070328
• [学会発表] 時間分解熱力学量から見た、青色光センサーPhototropinの光反応構造変化 (2007)
  • 著者名/発表者名: 永徳丈, 中曽根祐介, 松岡大介, 徳富哲, 寺嶋正秀
  • 学会等名: 日本化学会第87春季年会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 20070325-20070328
• [図書] 可視・紫外分光法 (2009)
  • 著者名/発表者名: 寺嶋正秀, 馬場正昭, 冨宅喜代一, 星野幹雄, 松本剛昭, 宮崎芳雄, 西澤潔
  • 出版者: 講談社サイエンティフィック
• [図書] Time-resolved detection of intermolecular interaction of photosensor proteins (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Terazima, Water, Biomolecules
  • 総ページ数: 149-172
  • 出版者: Springer
• [図書] フェムト秒テクノロジー(フェムト秒過渡回折格子法と過渡レンズ法による高速エネルギー・構造変化ダイナミクス観測) (2006)
  • 著者名/発表者名: 寺嶋正秀
  • 出版者: 化学同人
• [図書] 基礎物理化学 (2006)
  • 著者名/発表者名: 梶本興亜, 寺嶋正秀, 佐藤啓文
  • 出版者: 培風館
• [備考]
  • URL: http://kuchem.kyoto-u.ac.jp/hikari/index.html