光受容蛋白質は光によってどのようにその構造を変え機能しているのか?

光感受器蛋白如何因光而改变其结构和功能？

• 批准号: 13780521
• 负责人: 海野 雅司
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13780521/
• 关键词: 光受容蛋白質; 共鳴ラマン分光; 密度汎関数法; 中間体; 光反応サイクル; 振動分光法; ダイナミクス; 機能; 共鳴ラマン分光法; 蛋白質; 振動分光

本研究の目的は光受容タンパク質のイエロープロテインをモデルとして用い、タンパク質の機能発現メカニズムを分子構造との関係から解明することである。特に本研究では分子構造解析のための強力な手段である共鳴ラマン分光法と量子化学計算を用い、このタンパク質が示すいくつかの光反応サイクル中間体の構造決定や吸収波長制御の解明を行った。本年は発色団由来のラマンバンドの完全帰属に成功して中間体における構造解析を行うと同時に,吸収波長制御のメカニズムに関する知見を得た。また紫外光をプローブにした紫外共鳴ラマン分光による蛋白構造の解析も行った。得られた主な結果は以下の通りである。1.もっとも寿命が長く信号伝達に関与していると考えられる中間体の共鳴ラマンスペクトルを測定し、同位体ラベル効果の検討や密度汎関数法による詳細な振動解析からラマンバンドの帰属に成功した。帰属の結果から発色団の脱プロトン化状態や異性化状態を明らかにした。2.詳細なラマンスペクトルの解析から、光反応サイクル解明の鍵を握る短寿命中間体には複数のコンフォメーションが存在することを見い出した。3.活性部位近傍に位置して発色団と水素結合しているアミノ酸残基を置換した変異タンパク質のラマン測定から、タンパク部分との水素結合が発色団のプロトン化状態を制御することで吸収波長の制御を行っていることを見い出した。4.紫外光をプローブに用いた紫外共鳴ラマン分光により、タンパク部分由来のラマンスペクトルの測定を行った。励起波長依存性などから、構造変化しているアミノ酸残基の同定に成功した。

本研究的目的是以光感受器蛋白黄色蛋白为模型，阐明与其分子结构相关的蛋白质功能表达机制。特别是，在这项研究中，我们使用共振拉曼光谱和量子化学计算（这是分子结构分析的强大工具）来确定该蛋白质表现出的几种光反应循环中间体的结构，并阐明吸收波长控制。今年，我们成功地完全分配了源自发色团的拉曼谱带，并分析了中间体的结构，同时获得了有关吸收波长控制机制的知识。我们还使用紫外光作为探针，使用紫外共振拉曼光谱分析了蛋白质结构。得到的主要结果如下。 1. 我们测量了被认为具有最长寿命并参与信号传输的中间体的共振拉曼光谱，并通过检查同位素标记效应和使用密度泛函理论的详细振动分析，成功地分配了拉曼谱带。分配结果揭示了发色团的​​去质子化和异构化状态。 2. 通过对拉曼光谱的详细分析，我们发现短寿命中间体的多种构象是阐明光反应循环的关键。 3. 对位于活性位点附近且与发色团具有氢键的氨基酸残基被取代的突变蛋白的拉曼测量表明，与蛋白质部分的氢键控制发色团的质子化状态，从而导致发现控制了吸收波长。 4.使用紫外光作为探针，通过紫外共振拉曼光谱测量源自蛋白质部分的拉曼光谱。我们成功地根据激发波长依赖性识别了具有结构变化的氨基酸残基。

项目成果

海野雅司, 山内清語: "ラマン分光法と量子化学計算による光受容タンパク質の動的構造解析"生物物理. 43(印刷中). (2003)

Masashi Unno、Kiyoshigo Yamauchi：“利用拉曼光谱和量子化学计算进行感光蛋白的动态结构分析”，生物物理学 43（出版中）。