2003 Fiscal Year Annual Research Report
偏光赤外分光法を用いたロドプシンの構造変化過程の原子レベルでの解析
Project/Area Number |
03J05268
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Research Institution | Kyoto University |
Principal Investigator |
古谷 祐詞 京都大学, 大学院・理学研究科, 特別研究員(DC2)
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Keywords | ロドプシン / 赤外分光法 / 膜タンパク質 / 生物物理学 / 水分子 / 水素結合 / タンパク質間相互作用 / 構造変化 |
Research Abstract |
ロドプシンは、視覚ではたらく光受容タンパク質であり、レチナールの光異性化反応によりタンパク質の構造を活性化状態に変化させ、Gタンパク質の一種であるトランスデューシンを活性化する。その過程において構造の異なる中間体(バソ、ルミ、メタI、メタII)を順次形成するが、活性化状態であるメタIIにおいてヘリックスの再配列を伴う大きな構造変化が生じる。 本研究では、タンパク質の局所的な構造の違いに敏感な赤外分光法を用いることにより、活性化過程で生じるタンパク質の大域的な構造変化を明らかにしようと試みた。その結果、構造変化が制限されている77Kでの光反応により、ルミがロドプシンに戻し得る一方、メタIでは戻せずに構造の異なる光産物を生成することを明らかにした。このことはルミからメタIの過程において初めて、タンパク質の大きな構造変化が生じることを意味している。また、ロドプシンの内部結合水のO-D伸縮振動を解析したところ、全ての中間体において水素結合の強い水分子の変化は認められなかつた。このことから、レチナールシッフ塩基の脱プロトン化を伴うメタIIの形成において水分子は積極的な役割を果たしていないことが示唆され、光駆動プロトンポンプであるバクテリオロドプシンとは異なるプロトン移動機構が存在することが示唆された。 また、タンパク質間の相互作用機構を明らかにすることを目的に、フォボロドプシンppRと情報伝達タンパク質pHtrIIとの相互作用を赤外分光法で解析した。その結果、ppRはpHtrIIと複合体を形成することにより、初期中問体において水素結合強度を変化させるX-H基が存在することが見いだされ、最近の研究により、それが204番目のThrのO-H基に由来することを明らかにした。このことは、情報伝達タンパク質との相互作用により、光受容タンパク質だけでは生じない構造変化がもたらされることを示唆している。
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Research Products
(8 results)
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[Publications] Yuji Furutani: "FTIR Spectroscopy of the O Photointermediate in pharaonis Phoborhodopsin"Biochemistry. (発表予定). (2004)
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[Publications] Yuji Furutani: "Structural Changes of Water Molecules during the Photoactivation Processes in Bovine Rhodopsin"Biochemistry. 42・32. 9619-9625 (2003)
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[Publications] Yuji Furutani: "Structural Changes in Lumirhodopsin and Metarhodopsin I Studied by their Photoreactions at 77K"Biochemistry. 42・28. 8494-8500 (2003)
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[Publications] Yuji Furutani: "FTIR Spectroscopy of the complex between pharaonis Phoborhodopsin and its Transducer Protein"Biochemistry. 42・17. 4837-4842 (2003)
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[Publications] Yuki Sudo: "Hydrogen bonding alteration of Thr204 in the complex between pharaonis phoborhodopsin and its transducer protein"Biochemistry. 42・48. 14166-14172 (2003)
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[Publications] Kazumi Shimono: "Vibrational Modes of the Protonated Schiff Base in pharaonis Phoborhodopsin"Biochemistry. 42・25. 7801-7806 (2003)
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[Publications] Masayuki Iwamoto: "Proton Transfer Reactions in the F86D and F86E Mutants of Pharaonis Phoborhodopsin (Sensory Rhodopsin II)"Biochemistry. 42・10. 2790-2796 (2003)
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[Publications] Taro Tanimoto: "Structural Changes of Water in the Schiff Base Region of Bacteriorhodopsin : Proposal of a Hydration Switch Model"Biochemistry. 42・8. 2300-2306 (2003)