微弱光源を用いた高速CCDカメラ高時間分解分光光度計の開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13354010
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 七田 芳則 京都大学, 大学院・理学研究科, 教授 (60127090)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 堀口 千代春 浜松ホトニクス(株), システム(事)第4設計部・第33部門, 部門長代理
• Keywords: 分光学 / CCDカメラ / イメージインテンシファイア / ロドプシン / トランスデューシン / G蛋白質 / 分光光度計 / 蛋白質間相互作用

Research Abstract

本年度の研究計画に従い、高感度検出器を用いてミリ秒から全波長吸収スペクトルを測定できる分光光度計を開発し、視物質のような生体試料の構造変化過程の測定に適用できるかどうか評価した。
1、分光光度計の検出器に、高速性と低ノイズ特性を両立したCCDカメラおよびイメージインテンシファイアを取り付けた。その結果、試料に照射する測定光の光量を低く抑えたまま、10ミリ秒の時間領域から連続して、300nm〜650nmの波長領域でスペクトルを測定できるシステムを構築することに成功した。
2、試料を一定温度に保つために、試料室を外部の循環恒温水漕につないだ。その結果、試料を0℃から生理的温度(40℃)までの間で制御できるため、安定してスペクトルを測定できるようになった。
3、光反応性の物質の構造変化を誘起するために、外部から励起光を導入する装置(Nd : YAGレーザー)を設置した。
4、外部からの励起光、測定光、検出器および分光光度計の光学系を制御するソフトウェアを開発した。
5、以上の分光光度計システムの性能を、生体から精製した試料(ロドプシン)を用いて評価した。ロドプシンは光感度が高いため、光受容後の構造変化を詳細に追跡するには、測定光による光反応を最小限に抑える必要がある。10ミリ秒の測定を100回連続して行ったところ、測定光による光反応を数パーセントにまで抑えることができ、十分、ロドプシンの研究に適応できることがわかった。また、従来の分光光度計では試料を冷却して反応速度を遅くしないと見ることができなかった光反応過程を、室温で観測することができた。現在さらに、ロドプシンとG蛋白質トランスデューシンとの相互作用過程の解析を進めている。

Research Products

• [Publications] H.Imai: "Difference in molecular structure of rod and cone visual pigments studied by Fourier transform infrared spectroscopy"Biochemistry. 40. 2879-2886 (2001)
• [Publications] A.Nakamura: "Regulatory mechanism for the stability of the meta II intermediate of pinopsin"J. Biochem. (Tokyo). 129. 329-334 (2001)
• [Publications] H.Kandori: "Exited-state dynamics of rhodopsin probed by femtosecond fluorescence spectroscopy"Chem. Phys. Lett.. 334. 271-276 (2001)
• [Publications] N.Katagiri: "Demonstration of a rhodopsin-retinochrome system in the stalk eye of a marine gastropod, Onchidium, by immunohistochemistry"J. Comp. Neurol.. 433. 380-389 (2001)
• [Publications] M.Nakagawa: "O-Glycosylation of G-protein-coupled receptor, octopus rhodopsin. Direct analysis by FAB mass spectrometry"FEBS Lett.. 496. 19-24 (2001)
• [Publications] A.Wada: "Retionids and related compounds. Part26. Synthesis of (11-Z)-8, 18-propanoand methano-retinals and conformational study of the rhodopsin choromophore"J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1. 2430-2439 (2001)
• [Publications] T.Yamashita: "The second cytoplasmic loop of metabotropic glutamate receptor functions at the third loop position of rhodopsin"J. Biochem. (Tokyo). 130. 149-155 (2001)
• [Publications] H.Kandori: "Structural changes of pharaonis phoborhodopsin upon photoisomerization of the retinal Chromophore : infrared spectral Comparison with bacteriorhodopsin"Biochemistry. 40. 9238-9246 (2001)
• [Publications] H.Kandori: "Photoisomerization in rhodopsin"Biochemistry (Mosc). 66. 1197-1209 (2001)
• [Publications] H.Kandori: "Internal water molecules of pharaonis phoborhodopsin studied by low-temperature infrared spectroscopy"Biochemistry. 40. 15693-15698 (2001)
• [Publications] A.Terakita: "Functional interaction between bovine rhodopsin and G protein transducin"J. Biol. Chem.. 277. 40-46 (2002)
• [Publications] A.Onishi: "Variations in long-and middle-wavelength-sensitive opsin gene loci in crab-eating monkeys"Vision Res.. 42. 281-292 (2002)
• [Publications] T.Nagata: "Isomer-specific interaction of the retinal chromophore with threonine-118 in rhodopsin"J. Phys. Chem.. (in press). (2002)
• [Publications] 七田芳則: "ロドプシンの光情報変換過程-立体構造の解明により見えてきたメカニズム-"ビタミン. 75. 300-305 (2001)
• [Publications] 七田芳則: "視物質はいかにして多様化したのか-分子進化から探る-"現代化学. 362. 55-62 (2001)
• [Publications] 平野貴弘: "視物質における吸収波長制御機構-アニオンによる制御を中心として-"生物物理. 41. 284-289 (2001)
• [Publications] 七田芳則: "生物物理学とはなにか 「受容体」 (日本生物物理学会編)"共立出版(印刷中). (2001)