極低温単一タンパク質分光を用いた電子移動反応におけるタンパク質構造の役割の解明

使用低温单蛋白质光谱阐明蛋白质结构在电子转移反应中的作用

基本信息

批准号：
12J08402
负责人：
近藤徹
金额：
$ 2.32万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012 至 2014
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度から引き続き、光合成細菌ヘリオバクテリアの反応中心タンパク質(hRC)内で電子移動担体として機能するクロロフィル分子(Chl a-A_0)の極低温1分子測定を行った。hRC溶液をpM程度に希釈しCaF_2基板にスピンコートして6Kで2D蛍光画像を測定すると、hRC由来の輝点が観測された。輝点の1つにレーザースポットを合わせ蛍光強度の時間変化を測定すると、1ステップの光退色が確認できた。1ステップ光退色は単一粒子に特徴的な現象であり、輝点が単一hRCに由来することを裏付ける。630～710nmの波長範囲で単一hRCの励起スペクトルを測定すると、670nm付近に鋭いピークが観測された。光強度に対する蛍光飽和特性はhRC主要色素のBchl gと異なり、Chl a-A_0と同じだった。また、11個のhRCから得たピーク波長のヒストグラムがChl a-A_0のアンサンブルピークと一致した。以上より、670nm付近のピークはChl a-A_0由来と結論した。Chl a-A_01分子のピーク波長と線形が時間変化した。それに伴い励起偏光依存性も変化した。分子の遷移双極子モーメントの方向揺らぎとピーク波長変化が対応すると分かった。630～710nmの範囲で観測されるChl a-A_0とBchl gのピークについて相互相関を求めると、Chl a-A_0とBchl gのピークで負相関を示すものが観測された。さらに、Chl a-A_0のピーク波長変化に伴い、相関するBchl gが変化した。この結果は、ピーク波長変化に付随してエネルギー移動パスがスイッチすることを示唆する。以上から、タンパク質の構造揺らぎは機能分子の双極子モーメント方向を変化させ、反応経路に影響すると分かった。構造揺らぎ程度の見かけ小さな変化でもRC機能に大きく影響することを実験的に示した。

从去年开始，我们在光合细菌的反应中心蛋白（HRC）内进行了叶绿素分子（CHL A-A_0）的低温测量（CHL A-A_0）。当将HRC溶液稀释至大约PM并旋转到CAF_2底物上时，在6K处测量了2D荧光图像，并观察到来自HRC的明亮斑点。当激光点与一个亮点之一结合并测量荧光强度的时间变化时，确认了光漂白的一步。一步光漂白是单个颗粒的特征现象，支持亮点起源于单个HRC。当在630-710 nm的波长范围内测量单个HRC的激发光谱时，在670 nm左右观察到尖峰。光强度的荧光饱和特性与CHL A-A_0的荧光饱和特性相同，与BCHL G是主要的HRC染料不同。此外，从11个HRC获得的峰值波长的直方图与CHL A-A_0的集合峰一致。从上面的角度可以得出结论，大约670 nm的峰源自CHL A-A_0。 CHL A-A_01分子的峰值波长和线性改变了时间。结果，激发极化依赖性也发生了变化。发现分子过渡偶极矩和峰波长变化的方向波动相互对应。当获得在630至710 nm范围内观察到的Chl A-A_0和BCHL G峰的互相关时，观察到CHL A-A_0和BCHL G峰的负相关性。此外，随着Chl A-A_0的峰值波长的变化，相关的BCHL G发生了变化。该结果表明能量传递路径与峰波长变化一起开关。从以上发现蛋白质的结构波动改变了功能分子的偶极矩方向并影响反应途径。我们在实验上证明，即使是显而易见的变化，例如结构波动，也会对RC功能产生重大影响。