化学反応に関わる媒質としてのタンパク質の超高速構成ダイナミクス

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13740340
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 水谷 泰久 神戸大学, 分子フォトサイエンス研究センター, 助教授 (60270469)
• Keywords: 時間分解分光法 / 共鳴ラマン分光法 / ヘムタンパク質

Research Abstract

CO結合形ヘモグロビン(Hb)についてCO光解離による構造ダイナミクスを調べた。ヘム鉄とそれに結合したヒスチジンとの間の伸縮振動[v(Fe-His),約220cm^<-1>]バンドに注目した。ミオグロビン(Mb)の場合と同様に、このバンドについて時定数99ピコ秒で大きさ1.8cm^<-1>の振動数シフトと、10±5ピコ秒の時定数をもつバンド幅の増加が観測された。Mbの場合は、1ナノ秒でのv(Fe-His)振動数とデオキシ形のそれとはかなり近かったが、Hbの場合は9cm^<-1>の振動数の差がみられた。この差は、マイクロ秒の時間領域で起きる四次構造変化によるものである。また、1ナノ秒でのバンド幅はデオキシ形に比べやや狭かった。MbとHbの結果から、バンド形を精度よく測定することで不均一分布の変化を検出できることがわかった。
大腸菌より得た酸素ガスセンサータンパク質(E. coli DOS)のヘム近傍構造を、共鳴ラマン分光法を用いて明らかにした。還元形および酸化形ともにpH4-10で典型的な6配位低スピン型ヘムの共鳴ラマンスペクトルを示した。リガンド結合形ヘムを光励起しリガンドを光解離させると、典型的な5配位高スピン型ヘムの共鳴ラマンスペクトルが得られた。また、214cm^<-1>に鉄-ヒスチジン伸縮振動によるラマンバンドが観測された。解離後1ナノ秒のバンド強度は10ピコ秒のものとほとんど変わらなかったことから、リガンドの再結合は遅く解離形の寿命は10ナノ秒よりも長いということが明らかになった。また、95番のメチオニン残基をアラニン残基に置換した変異体(還元形)では5配位高スピン型ヘムによる共鳴ラマンスペクトルが得られた。これらの実験事実から、DOSの軸配位子はHis77とMet95であり、Met95が配位子として酸素分子と置き換わることによってDOSの活性化が起きることが示唆された。

Research Products

• [Publications] Yasuhisa Mizutani: "Ultrafast Structural Relaxation of Myoglobin Following Photodissociation of Carbon Monoxide Probed by Time-resolved Resonance Raman Spectroscopy"Bull. Chem. Soc. Jpn.. 75. (2002)
• [Publications] Yasuhisa Mizutani: "Slow Vibrational Energy Redistribution in Phenyl Peripherals of Nickel Tetraphenylporphyrin Probed by Picosecond Time-resolved Resonance Raman Spectroscopy"Bull. Chem. Soc. Jpn.. 75. 965-971 (2002)
• [Publications] Teizo Kitagawa: "Time-resolved Resonance Raman Study on Ultrafast Structural Relaxation and Vibrational Cooling of Photodissociated Carbonmonoxy Myoglobin"Biopolymers (Biospectroscopy). 67. 207-213 (2002)
• [Publications] Akira Sato: "Stationary and Time-resolved Resonance Raman Spectra of His77 and Met95 Mutants of the Isolated Heme Domain of a Direct Oxygen Sensor from Escherichia coli"J. Biol. Chem.. 277. 32650-32658 (2002)