新しく発見された古細菌型ロドプシンの赤外分光

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19370067
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物物理学
• 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, 大学院・工学研究科, 教授 (70202033)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2009
• キーワード: 光生物 / 生体分子 / レチナール / 水素結合 / ナノバイオ

研究概要

本研究では近年、新たに発見された古細菌型ロドプシンに対して系統的な赤外分光を行い、光がどのようにエネルギーや情報へと変換されるのか、そのメカニズムを明らかにすることを目指した。既知の古細菌ロドプシンとの比較を徹底的に行った結果、プロトンポンプ活性のあるロドプシンには強い水素結合を形成した水分子が必ず存在するという構造と機能を結ぶきわめて重要な結論を得ることができた。わずか1個の水分子がプロトンポンプ機能を決定する可能性を見出したのである。

研究成果

• [雑誌論文] Engineering an Inward Proton Transport from a Bacterial Sensor Rhodopsin (2009)
  • 著者名/発表者名: A. Kawanabe, Y. Furutani, K.-H. Jung, H. Kandori
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 131 ページ: 16439-16444
  • 査読あり
• [雑誌論文] Property of Anion Binding Site of pharaonis Halorhodopsin Studied by Ultrafast Pump-Probe Spectroscopy and Low-Temperature FTIR Spectroscopy (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Nakashima, T. Nakamura, S. Takeuchi, M. Shibata, M. Demura, T. Tahara, H. Kandori
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 113 ページ: 8429-8434
  • 査読あり
• [雑誌論文] Color-Changing Mutation in the E-F Loop of Propeorhodopsin (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Yoshitsugu, J. Yamada, H. Kandori
  • 雑誌名: Biochemistry 48 ページ: 4324-4330
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spectroscopic and Kinetic Evidence on How Bacteriorhodopsin Accomplishes Vectorial Proton Transport under Functional Conditions (2009)
  • 著者名/発表者名: V.A. Lorenz-Fonfria, H. Kandori
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 131 ページ: 5891-5901
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proton Release Group of pharaonis Phoborhodopsin Revealed by ATR-FTIR Spectroscopy (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Kitade, Y. Furutani, N. Kamo, H. Kandori
  • 雑誌名: Biochemistry 48 ページ: 1596-1603
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoreactions and Structural Changes of Anabaena Sensory Rhodopsin (2009)
  • 著者名/発表者名: A. Kawanabe, H. Kandori
  • 雑誌名: Sensors 9 ページ: 9544-9607
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Changes of Salinibacter Sensory Rhodopsin I upon Formation of the K and M Photointermediates (2008)
  • 著者名/発表者名: D. Suzuki, Y. Sudo, Y. Furutani, H. Takahashi, M. Homma, H. Kandori
  • 雑誌名: Biochemistry 47 ページ: 12750-12759
  • 査読あり
• [雑誌論文] FTIR Study of the L Intermediate of Anabaena Sensory Rhodopsin: Structural Changes in the Cytoplasmic Region (2008)
  • 著者名/発表者名: A. Kawanabe, Y. Furutani, S.R. Yoon, K-H. Jung, H. Kandori
  • 雑誌名: Biochemistry 47 ページ: 10033-10040
  • 査読あり
• [雑誌論文] Steric Constraint in the Primary Photoproduct of Sensory Rhodopsin II Is a prerequisite for Light-Signal Transfer to HtrII (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Ito, Y. Sudo, Y. Furutani, T. Okitsu, A. Wada, M. Homma, J.L. Spudich, H. Kandori
  • 雑誌名: Biochemistry 47 ページ: 6208-6215
  • 査読あり
• [雑誌論文] Active Internal Waters in the Bacteriorhodopsin Photocycle. A Comparative Study of the L and M Intermediates at Room and Cryogenic Temperatures by Infrared Spectroscopy (2008)
  • 著者名/発表者名: V.A. Lorenz-Fonfria, Y. Furutani, H. Kandori
  • 雑誌名: Biochemistry 47 ページ: 4071-4081
  • 査読あり
• [雑誌論文] Color Change of Proteorhodopsin by a Single Amino Acid Replacement at a Distant Cytoplasmic Loop (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Yoshitugu, M. Shibata, D. Ikeda, Y. Furutani, H. Kandori
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 47 ページ: 3923-3926
  • 査読あり
• [雑誌論文] Protein-Protein Interaction of a pharaonis Halorhodopsin Mutant Forming a Complex with pharaonis Halobacterial Transducer Protein II Detected by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Furutani, M. Ito, Y. Sudo, N. Kamo, H. Kandori
  • 雑誌名: Photochem. Photobiol. 84 ページ: 874-879
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Changes in the O-decay Accelerated Mutants of pharaonis Phoborhodopsin (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Sudo, Y. Furutani, M. Iwamoto, N. Kamo, H. Kandori
  • 雑誌名: Biochemistry 47 ページ: 2866-2874
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Changes of Sensory Rhodopsin I and its Transducer Protein Are Dependent on the Protonated State of Asp76 (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Furutani, H. Takahashi, J. Sasaki, Y. Sudo, J.L. Spudich, H. Kandori
  • 雑誌名: Biochemistry 47 ページ: 2875-2883
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photochromism of Anabaena Sensory Rhodopsin (2007)
  • 著者名/発表者名: A. Kawanabe, Y. Furutani, K.-H. Jung, H. Kandori
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 129 ページ: 8644-8649
  • 査読あり
• [雑誌論文] Halide Binding by the D212N Mutant of Bacteriorhodopsin Affects Hydrogen Bonding of Water in the Active Site. (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Shibata, M. Yoshitsugu, N. Mizuide, K. Ihara, H. Kandori
  • 雑誌名: Biochemistry 46 ページ: 7525-35
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bayesian Maximum Entropy (Two-Dimensional) Lifetime Distribution Reconstruction from Time-Resolved Spectroscopic Data (2007)
  • 著者名/発表者名: V.A. Lorenz-Fonfria, H. Kandori
  • 雑誌名: Appl. Spectrosc. 61 ページ: 428-43
  • 査読あり
• [雑誌論文] FTIR Study of the Retinal Schiff Base and Internal Water Molecules of Proteorhodopsin (2007)
  • 著者名/発表者名: D. Ikeda, Y. Furutani, H. Kandori
  • 雑誌名: Biochemistry 46 ページ: 5365-73
  • 査読あり
• [雑誌論文] Early Photocycle Structural Changes in a Bacteriorhodopsin Mutant Engineered to Transmit Photosensory Signals (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Sudo, Y. Furutani, J.L. Spudich, H. Kandori
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 282 ページ: 15550-15558
  • 査読あり
• [雑誌論文] Practical Aspectsof the Maximum Entropy Inversion of the Laplace Transform for Quantitative Analysis of Multi-Exponential Data (2007)
  • 著者名/発表者名: V.A. Lorenz-Fonfria, H. Kandori
  • 雑誌名: Appl. Spectrosc. 61 ページ: 74-84
  • 査読あり
• [学会発表] Bio-π-space in Photoreceptive Proteins (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Kandori
  • 学会等名: The 47th Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan, Symposium "Bio-π-space: Mechanistic investigation and creation of new functions"
  • 発表場所: Tokushima, Japan
  • 年月日: 2009-10-31
• [学会発表] Strongly Hydrogen-Bonded Water Molecule as the Determinant of Proton-Pump Function of Rhodopsins (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Kandori
  • 学会等名: Horiba-ISSP International Symposium (ISSP-11) on "Hydrogen and Water in Condensed Matter Physics"
  • 発表場所: Chiba, Japan
  • 年月日: 2009-10-13
• [学会発表] Light & Life, Light Sensor Protein (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Kandori
  • 学会等名: An International Conference on "Biotechnology for a Sustainable Future"
  • 発表場所: Bali, Indonesia
  • 年月日: 2009-09-16
• [学会発表] 光に応答しない膜機能分子の赤外分光測定 (2009)
  • 著者名/発表者名: 神取秀樹, 古谷祐詞
  • 学会等名: 生理学研究所研究会「作動中の膜機能分子の姿を捉える:静止画から動画へ」
  • 発表場所: 岡崎
  • 年月日: 2009-09-03
• [学会発表] Structural Changes Accompanying Retinal Photoisomerization in Rhodopsins (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Kandori
  • 学会等名: XXIV International Conference on Photochemistry
  • 発表場所: Toledo, Spain
  • 年月日: 2009-07-21
• [学会発表] FTIR Study of Rhodopsins in Action (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Kandori
  • 学会等名: 15th International Congress on Photobiology
  • 発表場所: Dusseldorf, Germany
  • 年月日: 2009-06-22
• [学会発表] The Determinant of Light-Energy and Light-Signal Conversion in Rhodopsins (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Kandori
  • 学会等名: 2008 Korea-Japan Frontier Photoscience (KJFP) Symposium
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 2008-09-27
• [学会発表] Water Dynamics in Bacteriorhodopsin: FTIR Study at Low- and Room-Temperatures (2008)
  • 著者名/発表者名: V.A. Lorenz Fonfria, Y. Furutani, H. Kandori
  • 学会等名: The 13th International Conference on Retinal Proteins
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2008-06-16
• [学会発表] The Determinant of Light-Energy and Light-Signal Conversion in Rhodopsins (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Kandori
  • 学会等名: 10th International Symposium on Biotechnology, Metal Complexes, and Catalysis
  • 発表場所: Zhengzhou, China
  • 年月日: 2008-05-13
• [学会発表] Water Dynamics in Bacteriorhodopsin: Low- and Room-Temperature FTIR Study (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Kandori
  • 学会等名: 5th Japan-China Crossover Science Symposium
  • 発表場所: Mito, Japan
  • 年月日: 2008-02-28
• [学会発表] The Determinants of Light-Energy and Light-Signal Conversion in Rhodopsins (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Kandori
  • 学会等名: Gordon Research Conference on "Photosensory Receptors & Signal Transduction"
  • 発表場所: Ventura, USA
  • 年月日: 2008-01-27
• [学会発表] FTIR study of rhodopsins in action (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Kandori
  • 学会等名: LALS 2007, International Conference on Laser Applications in Life Sciences
  • 発表場所: Moscow, Russia
  • 年月日: 20070600
• [学会発表] 分子ポンプを考える (2007)
  • 著者名/発表者名: 神取秀樹
  • 学会等名: 日本生物物理学会第45回年会シンポジウム
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2007-12-21
• [学会発表] 水分子の水素結合強度が決めるロドプシンの機能 (2007)
  • 著者名/発表者名: 神取秀樹
  • 学会等名: 赤外ラマン分光部会シンポジウム
  • 発表場所: 豊中
  • 年月日: 2007-12-06
• [学会発表] The Determinants of Light-Energy and Light-Signal Conversion in Rhodopsins (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Kandori
  • 学会等名: Molecular Science and Chemical Biology of Biomolecular Function
  • 発表場所: Okazaki, Japan
  • 年月日: 2007-11-10
• [学会発表] The Determinant of Light-Energy and Light-Signal Conversion in Rhodopsins (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Kandori
  • 学会等名: International Conference of Computational Methods in Sciences and Engineering
  • 発表場所: Corf, Greece
  • 年月日: 2007-09-25
• [学会発表] Determinants of Light-Energy and Light-Signal Conversions in Rhodopsins (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Kandori
  • 学会等名: International Symposium on "Retinal Proteins: Experiments and Theory"
  • 発表場所: Bremen, Germany
  • 年月日: 2007-09-23
• [学会発表] FTIR Study of Photoreceptive Proteins in Action (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Kandori
  • 学会等名: International Workshop of the Collaborative Research Center on "Protein-Cofactor Interactions in Biological Processes"
  • 発表場所: Berlin, Germany
  • 年月日: 2007-09-16
• [学会発表] 膜蛋白質におけるプロトン伝導 (2007)
  • 著者名/発表者名: 神取秀樹
  • 学会等名: 生理学研究所研究会「膜機能分子ダイナミクスの分子機構解明に向けて」
  • 発表場所: 岡崎
  • 年月日: 2007-07-19
• [学会発表] ロドブシンの赤外分光法:より生理的な測定を目指して (2007)
  • 著者名/発表者名: 神取秀樹
  • 学会等名: 分子科学研究所研究会「生細胞の分子科学」
  • 発表場所: 岡崎
  • 年月日: 2007-05-22
• [備考]
  • URL: http://www.ach.nitech.ac.jp/~physchem/kandori/index_j.html