フラビンを発色団とする光センサー蛋白質の反応機構解明

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14658215
• Research Institution: Nagoya Institute of Technology
• Principal Investigator: 神取 秀樹 名古屋工業大学, 工学研究科, 教授 (70202033)
• Keywords: 青色センサー / フラビン / システイン / 赤外分光法 / 内部結合水 / 構造変化 / 極低温 / ダイナミクス

Research Abstract

生物は光を情報へと変換するため、光センサーと呼ばれる一群の蛋白質をもっている。既知の光センサー蛋白質は、いずれも光異性化反応によって光情報変換を開始していた。ところが、最近になってフォトトロピンなどの青色センサーは、発色団として異性化が不可能なフラビン類をもつことが明らかになった。そこで本研究では、フラビンを発色団とする光センサー蛋白質の光反応メカニズムの解明を目的として、フーリエ変換赤外分光法などの分光学的手法を用いた解析を行った。その結果、本年度は以下の研究成果が得られた。
植物の青色センサーであるフォトトロピンのフラビン結合部位LOV2に対して極低温から室温に至る幅広い温度領域で可視および赤外分光測定を行った。可視吸収スペクトル測定の結果から、1つの中間体だけが生成することが明らかになった。この結果は、ロドプシンなどの他の光センサー蛋白質と大きく異なるものである。
また赤外分光測定により、フラビンと共有結合を形成するシステイン側鎖はプロトン化していることがわかった。さらに共有結合形成により、蛋白質の内部結合水の水素結合が切れることを見出した。一方、蛋白質の二次二次構造変化をモニターするアミドの領域では温度依存的なスペクトルが得られた。この結果は、1つの中間体しかもたないフォトトロピンが、ロドプシンなどと同様、段階的な蛋白質の構造変化を示すことを示唆するものである。

Research Products

• [Publications] T.Tanimoto et al.: "Structural Changes of Water in the Schiff Base Region of Bacteriorhodopsin : Proposal of a Hydration Switch Model"Biochemistry. 42. 2300-2306 (2003)
• [Publications] M.Iwamoto et al.: "Proton Transfer Reactions in the F86D and F86E Mutants of Pharaonis Phoborhodopsin (Sensory Rhodopsin II)"Biochemistry. 42. 2790-2796 (2003)
• [Publications] Y.Furutani et al.: "FTIR Spectroscopy of the complex between pharaonis Phoborhodopsin and its Transducer Protein"Biochemistry. 42. 4837-4842 (2003)
• [Publications] K.Shimono et al.: "Vibrational Modes of the Protonated Schiff Base in pharaonis Phoborhodopsin"Biochemistry. 42. 7801-7806 (2003)
• [Publications] T.Iwata et al.: "Light-induced structural changes in the LOV2 domain of Adiantum phytochrome3 studied by low-temperature FTIR and UV-visible spectroscopy"Biochemistry. 42. 8183-8191 (2003)
• [Publications] Y.Furutani et al.: "Structural Changes in Lumirhodopsin and Metarhodopsin I Studied by their Photoreactions at 77 K"Biochemistry. 42. 8494-8500 (2003)
• [Publications] Y.Furutani et al.: "Structural Changes of Water Molecules during the Photoactivation Processes in Bovine Rhodopsin"Biochemistry. 42. 9619-9625 (2003)
• [Publications] M.Shibata et al.: "Water molecules in the Schiff Base Region of Bacteriorhodopsin"J.Am.Chem.Soc.. 125. 13312-13313 (2003)
• [Publications] Y.Sudo et al.: "Hydrogen bonding alteration of Thr204 in the complex between pharaonis phoborhodopsin and its transducer protein"Biochemistry. 42. 14166-14172 (2003)
• [Publications] Y.Furutani et al.: "FTIR Spectroscopy of the O Photointermediate in pharaonis Phoborhodopsin"Biochemistry. (発表予定). (2004)
• [Publications] M.Iwamoto et al.: "Photochemical properties of pharaonis phoborhodopsin (sensory rhodopsin II)"Recent Res.Develp.Chem.. 1. 15-30 (2003)
• [Publications] 神取秀樹: "視覚の初期過程における光化学反応"レーザー研究. 31. 184-189 (2003)
• [Publications] 神取秀樹: "ロドプシンを究める"日本化学会、生体機能関連化学部会 News Letter. 17. 10-13 (2004)
• [Publications] H.Kandori: "Hydration Switch Model for the proton transfer in the Schiff base region of bacteriorhodopsin"Biochim.Biophys.Acta. (In press). (2004)
• [Publications] 柴田幹大, 神取秀樹: "バクテリオロドプシンにおける内部結合水の振動解析"生物物理. (印刷中). (2004)