時間分解赤外分光法で捉えるバクテリオロドプシン内部の水分子の動態

时间分辨红外光谱捕获细菌视紫红质内部水分子的动态

基本信息

批准号：
20657030
负责人：
神取秀樹
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Nagoya Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-20657030/
关键词：
生体分子光スイッチレチナール生物物理水素結合

项目摘要

蛋白質の内部結合水の中には単に空間を充填するだけでなく、機能に重要な役割を演ずる水分子の存在が考えられている。我々は、光駆動プロトンポンプ蛋白質であるバクテリオロドプシンに対する精緻な低温赤外分光により、内部結合水の重要なはたらきを明らかにしてきた。本研究では、我々が低温で捉えた実験結果が、蛋白質が実際に機能する室温でも同様に起こるのかどうかを確かめるため、時間分解赤外分光を用いた解析により明らかにすることを目指している。水分子の振動バンドを室温で捉えることはきわめてチャレンジングな実験テーマであるが、ステップスキャン法を用いた時間分解赤外分光計測を最適化することによって、水分子の信号の実時間計測に挑んでいる。初年度において水分子を捉えるための測定系を最適化することを計画していたが、幸い予想以上の進展があり、Biochemistry誌に論文発表することができた。この実験結果によれば、マイクロ秒の領域で過渡的な温度上昇による見かけのスペクトル変化を正確に補正した結果、興味深いことに、L中間体の水は室温と低温で大きく異なっていた一方、M中間体の水は室温と低温でほぼ同じ水素結合構造をしていることがわかった。平成21年度はこの計測をさらに発展させ、過去、最高精度の計測を行った結果、M1,M2という2つのM中間体の構造は、プロトン放出基である水クラスター以外には構造変化は起こらないことを見出した。時間分解赤外分光法以外の計測の結果も含め、11編の原著論文を世に出すことができた。また、8件の招待講演を含む43件の学会発表を行った。

人们认为，蛋白质内部结合水中存在水分子，它们不仅填充了空间，而且在蛋白质功能中发挥着重要作用。我们利用细菌视紫红质（一种光驱动的质子泵蛋白）的精确低温红外光谱揭示了内部结合水的重要作用。在这项研究中，我们的目的是通过使用时间分辨红外光谱分析来阐明我们在低温下获得的实验结果是否也发生在蛋白质实际发挥作用的室温下。在室温下捕获水分子的振动带是一个极具挑战性的实验主题，但通过使用步进扫描方法优化时间分辨红外光谱测量，我们正在尝试实时测量水分子的信号。这里。第一年，我们计划优化捕获水分子的测量系统，但幸运的是我们取得了比预期更多的进展，并能够在《生物化学》杂志上发表论文。根据这个实验结果，在精确校正微秒区域由于瞬态温度升高而导致的表观光谱变化后，我们发现，有趣的是，L中间水在室温和低温下存在显着差异，而M中间水则在室温和低温下存在显着差异。发现中间水在室温和低温下具有几乎相同的氢键结构。 2009财年，我们进一步开发了这种测量方法，进行了过去最高精度的测量，结果发现两种M中间体M1和M2的结构除了水簇之外没有发生结构变化，这是一个质子释放基团。我们发表了 11 篇原创论文，包括时间分辨红外光谱以外的测量结果。此外，他还做了 43 场会议报告，其中包括 8 场特邀报告。