2014 Fiscal Year Annual Research Report
特徴的な立体構造を利用したタンパク質内エネルギー散逸機構の解明
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26288008
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
水谷 泰久 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (60270469)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ラマン分光学 / 生物物理 / 時間分解分光学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ミオグロビンは、比較的小さな球状タンパク質で、その中心付近にヘムをもつ。したがって、ヘムを中心としたほぼ球対称な形状をもつ。そこで、球対称な形状を利用して、ヘムからのエネルギー散逸にどのような異方性があるかを調べた。
時間分解共鳴ラマン分光法を用いて、ヘムタンパク質におけるエネルギー伝達過程の直接観測を行った。振動エネルギー伝達過程は、紫外光による共鳴ラマン効果を受けるトリプトファン残基のアンチストークスラマンバンドを、時間分解測定することによって観測した。本年度は、ヘムから距離がほぼ同じ（約6 Å）で、方角が異なる位置にトリプトファン残基を導入した三種類のミオグロビン変異体におけるタンパク質内エネルギー移動を調べた。
各変異体に対して、ヘムの光励起に伴う時間分解アンチストークス共鳴ラマンスペクトルを測定した。760 cm-1付近に見られるトリプトファン残基由来のW18バンドについて、アンチストークスラマン散乱光強度の光誘起増加率を求めたところ、は、トリプトファン残基へのエネルギー流入とエネルギー流出に対応する、バンド強度の増大と減衰が観測された。各変異体の間には、バンド強度増大の大きさに違いが見られた。この実験事実は、ミオグロビン内のエネルギー伝達が異方的であることを示している。複数のモデルで解析した結果、タンパク質内の位置によってトリプトファン残基からのエネルギー流出速度が異なるというモデルが最も妥当であると考えられた。さらに、エネルギー流出速度はトリプトファン残基側鎖の溶媒への露出度と相関があり、溶媒へのエネルギー移動がエネルギー流出に大きく寄与していると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
球状タンパク質を利用したエネルギー散逸の異方性の解明については、計画通り研究を進め質の高いデータが得られた。現在、論文としてまとめているところである。また、実験データのより詳しい解釈を行うため、分子動力学計算を理論研究グループと共同で行っている。レーザー光源の問題のために、測定実験に一部遅れがあるが、すでに問題は解決されており遅れを取り戻す目処はたっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度はヘリックスバンドルタンパク質を利用したエネルギー散逸の距離依存性を中心として研究を行う。チロクロムb562は4本のαヘリックスからなるヘリックスバンドル構造をもつヘムタンパク質であり、これらの4本のαヘリックス内部にヘムは位置している。そこで、αヘリックスの周期構造を利用してエネルギー散逸の距離依存性を調べる。すなわち、ヘリックスの1ターンずつずれた位置にトリプトファン残基を導入し、それらをプローブとしてエネルギーの伝搬を観測する。αヘリックスは5.4Åの空間的周期をもっているので、ヘムからの距離を等間隔でずらしていくことができる。この性質を利用して、ヘム－トリプファン残基間の距離を等間隔で長くしてデータを計測し、エネルギー散逸の距離依存性を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
一部の計画していた測定において、測定に必要なパルス光出力が得られず、測定のための試料調製を延期したため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
測定装置の改良により、現在必要なパルス光出力は得られている。延期していた試料調整を開始し、6月末までに測定実験を完了する予定である。
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