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。

继去年之后，我们对叶绿素分子 (Chl a-A_0) 进行了低温单分子测量，叶绿素分子在光合细菌 Heliobacteria 的反应中心蛋白 (hRC) 中充当电子传递载体。当将hRC溶液稀释至约pM并旋涂到CaF_2基板上并在6K下测量2D荧光图像时，观察到源自hRC的亮点。通过将激光光斑与亮点之一对齐并测量荧光强度的时间变化，我们证实了一步光漂白。一步光漂白是单个粒子的一种特征现象，支持亮点源自单个 hRC。当在630至710 nm的波长范围内测量单个hRC的激发光谱时，在670 nm附近观察到尖锐的峰。相对于光强度的荧光饱和特性与主要hRC色素Bchl g不同，与Chl a-A_0相同。此外，从 11 个 hRC 获得的峰值波长直方图与 Chla-A_0 的集合峰值相匹配。由上可知，670nm附近的峰来自Chl a-A_0。 Chla-A_01分子的峰值波长和线性度随时间变化。与此同时，激发偏振依赖性也发生变化。研究发现，分子跃迁偶极矩的方向波动对应于峰值波长的变化。当确定在630至710nm范围内观察到的Chl a-A_0和Bchl g的峰的互相关时，观察到Chl a-A_0和Bchl g的峰之间呈负相关。此外，随着 Chla-A_0 峰值波长的变化，相关的 Bchl g 也发生变化。该结果表明能量传输路径随着峰值波长的变化而切换。由上可知，蛋白质结构波动改变功能分子的偶极矩方向，影响反应途径。我们的实验表明，即使结构波动看似很小的变化也会对 RC 功能产生很大的影响。