X-ray Crystallographic Analyses of Retinal Proteins

视网膜蛋白质的 X 射线晶体分析

基本信息

批准号：
15370066
负责人：
KOUYAMA Tsutomu
金额：
$ 5.76万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

Bacteriorhodopsin, a transmembrane protein found in halobacterium halobium, functions as a light-driven proton pump. It is composed of 7 transmembrane helices and contains one molecule of retinal. This protein has been extensively studied by various biophysical techniques and its structure and function has been elucidated in detail. Structural analysis of the reaction intermediates is indispensable for better understanding of the proton pumping mechanism and determination of their structures at high resolution has been desired. Our group has developed a novel crystallization technique, so called the membrane fusion method, by which a three-dimensional crystal of bacteriorhodopsin containing native lipids can be prepared. By reducing the possible effect of X-radiation damages, we have succeeded in increasing the resolution of structural determination to such a level that water molecules within the protein can be visualized. In this project, we carried out a crystallographic analysis of the L intermediate of bacteriorhodopsin. It is found that formation of this intermediate accompanies the following structural changes : 1)amino-acid residues (Leu93 and Trp182) contacting the C13 methyl of retinal undergo significant structural changes (rotation and/or displacement of their side chains) ; 2)a water molecule that initially interacts with the retinal Schiff base moves to a micro-cavity that is created by rotation of the side chain of Leu93. Furthermore, we carried out X-ray crystallographic analysis of archaerhodopsin, a protein analogous to bacteriorhodopsin. As compared to bacteriorhodopsin, the proton release channel is more opened in archaerhodopsin. In addition, we crystallized squid rhodopsin and collected a low-resolution diffraction data.

细菌视紫红质是在盐杆菌中发现的一种跨膜蛋白，起到光驱动质子泵的作用。它由7个跨膜螺旋组成，含有一分子视网膜。这种蛋白质已通过各种生物物理技术进行了广泛研究，其结构和功能已被详细阐明。反应中间体的结构分析对于更好地理解质子泵浦机制是必不可少的，并且需要以高分辨率确定其结构。我们课题组开发了一种新型结晶技术，即膜融合法，可以制备含有天然脂质的细菌视紫红质三维晶体。通过减少 X 辐射损伤的可能影响，我们成功地将结构测定的分辨率提高到可以可视化蛋白质内的水分子的水平。在这个项目中，我们对细菌视紫红质的L中间体进行了晶体学分析。研究发现，该中间体的形成伴随着以下结构变化：1）与视网膜的C13甲基接触的氨基酸残基（Leu93和Trp182）发生显着的结构变化（其侧链的旋转和/或移位）； 2) 最初与视网膜希夫碱相互作用的水分子移动到由 Leu93 侧链旋转产生的微腔中。此外，我们对古细菌视紫红质（一种类似于细菌视紫红质的蛋白质）进行了 X 射线晶体分析。与细菌视紫红质相比，古细菌视紫红质的质子释放通道更加开放。此外，我们结晶了鱿鱼视紫红质并收集了低分辨率衍射数据。

项目成果

期刊论文数量（65）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Crystal structure of the 13-cis isomer of bacteriorhodopsin

细菌视紫红质13-顺式异构体的晶体结构

DOI：
发表时间：
期刊：
J.Mol.Biol. (Submitted)
影响因子：
0
作者：
T.Nishikawa;M.Murakami;T.Kouyama
通讯作者：
T.Kouyama

神山勉: "X銭結晶構造解析, 電子線構造解析"日本光合成学会編・光合成事典(学会出版センター). 29-30 (2004)

Tsutomu Kamiyama：“X-sen晶体结构分析、电子束结构分析”，日本光合作用学会编，光合作用百科全书（学会出版中心）29-30（2004年）。

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

T.Kouyama, et al.: "Crystal Structure of the L intermediate of bacteriorhodopsin : Evidence for vertical translocation of a water molecule during the proton pumping cycle"Nucl.Instr.Meth. 335. 531-546 (2004)

T.Kouyama 等人：“细菌视紫红质 L 中间体的晶体结构：质子泵循环期间水分子垂直易位的证据”Nucl.Instr.Meth。

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Crystal structure of the 13-cis isomer of bacteriorhodopsin in the dark-adapted state

DOI：
10.1016/j.jmb.2005.07.021
发表时间：
2005-09-16
期刊：
JOURNAL OF MOLECULAR BIOLOGY
影响因子：
5.6
作者：
Nishikawa, T;Murakami, M;Kouyama, T
通讯作者：
Kouyama, T

Internal water molecules of light-driven chloride pump proteins

光驱动氯泵蛋白的内部水分子

DOI：
发表时间：
2004
期刊：
Chem.Phys.Lett. 392
影响因子：
0
作者：
Lorenz Fonfria;Kandori;Mune da et al.;Furutani et al.;Shibata et al.;Mizuide et al.;Zikihara et al.;神取秀樹;Nozaki et al.;Sato et al.;Furutani et al.;Shibata et al.;Iwata et al.;Furutani et al.;Nozaki et al.;Shibata et al.;Furutani et al.;Sumii et al.;Kandori et al.;Sudo et al.;Furutani et al.;Iwata et al.;神取秀樹;Y.Furutani et al.;Y.Furutani et al.;Lorenz-Fonfria VA et al.;Y.Furutani et al.;M.Shibata et al.
通讯作者：
M.Shibata et al.