自発的磁場配向膜を用いた膜機能性生体分子の精密立体構造解析

使用自发磁场排列膜对膜功能生物分子进行精确的三维结构分析

• 批准号: 11440208
• 负责人: 内藤 晶
• 金额: $ 5.82万
• 依托单位: Yokohama National University (2001)Himeji Institute of Technology (1999-2000)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11440208/
• 关键词: 膜機能性生体分子; ダイノルフィン; メリチン; 生体膜; 化学シフト値; 磁場配向; 固体NMR; 光学顕微鏡; オピオイドペプチド; リン脂質; α-helix; 磁場配向膜; 長楕円型小胞体; 脂質二重膜; 化学シフトテンソル; 膜融合; 同位体標識; 微分干渉顕微鏡; 生理活性ペプチド; 磁場配向二重膜; 小胞体; イオン選択性電極; ^<13>C NMR; 顕微鏡

生体膜に強く結合して生理機能を発現する膜機能性生体分子の精密立体構造と運動性を自発磁場配向膜と固体NMRの手法を用いて解析する新しい方法の開発を行い、以下の成果を得た。1)自発磁場配向膜の開発とその性質の基礎検討ハチ毒の主成分であるメリチンとリン脂質Dimyristoyl-phosphatidylcholine(DMPC)をモル比で1:10に混合して調製した脂質2分子膜はゲルー液晶相転移点(Tc)以上において膜面を磁揚に平行に向けて自発的に磁揚配向する性質を持つ事が明らかになった。さらに光学顕微鏡で2分子膜の形態を観測したところ、直径が50μmにも達する巨大小胞を形成することが分かった。これらの結果から、メリチン-DMPC2分子膜小胞は磁場中で楕円体を形成して、自発的に磁場配向する性質が明らかになった。オピオイドペプチドダイノルフィン-DMPC脂質膜系も楕円小胞を形成し同様に自発磁場配向の性質を示すことが明らかになった2)自発磁場配向膜中生理活性ペプチドの精密立体構造決定メリチンーDMPC2分子膜が自発的に磁場配向する性質を利用して、メリチンの膜結合構造を解析することを試みた。カルボニル炭素を13Cで標識したメリチンをリン脂質膜に再構成し、磁揚配向状態におけるカルボニル炭素の異方的化学シフト相互作用の解析を行った。この結果、メリチンはα-helixを形成しており、このhelixは膜貫通構造を持ち、膜法線と一定の傾き角を保ちながら膜中に挿入していることが判明した。さらに、この状態のペプチドは膜中で10^5Hz以上の速度で向きを変える動的な構造であることが分かった。一方、膜結合ダイノルフィンは、N-末端のみがα-helixを形成して膜に挿入している構造が明らかになった。

The development of new methods for the analysis of biological membranes with strong binding and physiological functions, the precise three-dimensional structure of functional biological molecules, the mobility of self-emitting magnetic field alignment films and solid-state NMR, and the following results were obtained. 1)The basic model of the properties of the self-generating magnetic field alignment film was discussed. The main component of the toxin was mixed with lipid Dimyristoyl-phosphatidylcholine(DMPC) at a ratio of 1:10. The lipid 2 molecular film was modulated above the liquid crystal phase transition point (Tc), and the magnetic field alignment properties of the film surface were parallel to the self-generating magnetic field. The morphology of 2 molecular films was measured by optical micromirrors, and large cells were formed with diameters of 50μm. The results show that DMPC2 molecular membrane vesicles form and self-generate magnetic field alignment properties in response to magnetic field. 2) The precise three-dimensional structure of physiologically active molecules in self-generated magnetic field alignment films determines the self-generated magnetic field alignment properties of DMPC2 molecular films. Analysis of the chemical interaction between carbon and lipid film in the 13C system As a result, the formation of α-helix and membrane penetration structure are determined. The speed above 10^5Hz in the membrane is higher than that in the membrane. The formation of α-helix at the N-terminal of the membrane and the formation of α-helix at the N-terminal of the membrane

项目成果

Y.Kawase: "Alteration of conformation and dynamics of bacteriorhodopsin induced by protonation of Asp85 and deprotonation of Schiff base as studied by ^<13>C NMR"Biochemistry. 47. 14472-14480 (2000)

Y.Kawase：“通过 13 C NMR 研究，Asp85 的质子化和希夫碱的去质子化诱导细菌视紫红质的构象和动力学的改变”生物化学。

S.Yamaguchi: "Cytoplasmic surface structure of bacteriorhodopsin consisting of interhelical loops and C-terminal α-helix, modified by a variety of environmental factors as studied by ^<13>C-NMR"Eur.J.Biochem.. 268. 2218-2228 (2001)

S. Yamaguchi：“由螺旋间环和 C 末端 α 螺旋组成的细菌视紫红质的细胞质表面结构，通过 13 C-NMR 研究受到多种环境因素的修饰”Eur.J.Biochem.. 268. 2218 -2228 (2001)

Solis State NMR of Biomolecules in Handbook of Thin Film Materials

薄膜材料手册中生物分子的固体核磁共振

• 发表时间: 2002
• 作者: S. Kimura;S. Kimura;Y. Shindo;A. Fukutani;A. Naito;H. Saito;S. Yamaguchi;S. Kimura;S. Yamaguchi;内藤 晶;S. Tuzi;K. Nishimura;S. Kimura;M. Kamihira;A. Naito;H. Saito;S. Yamaguchi;S. Nakatsuji;J. Bolze;H. Kimura;Y. Kawase;S. Tuzi;M. Kamihira;M. Tanio;M. Tanio;M. Kamihira;M. Kamihira;T. Nagao;K. Nishimura;A. Naito
• 通讯作者: A. Naito

A.Naito: "Dynorphin Induced Magnetic Ordering in Lipid Bilayers as Studied by ^<31>P NMR Spectroscopy"Biochim. Biophys. Acta. 1558. 34-44 (2002)

A.Naito：“通过 31 P NMR 光谱研究强啡肽诱导的脂质双层磁排序”Biochim。

Conformation and dynamics of melittin bound to magnetically oriented lipid bilayers by solid-state 31P and 13C NMR spectroscopy

• DOI: 10.1016/s0006-3495(00)76784-1
• 发表时间: 2000-05-01
• 期刊: BIOPHYSICAL JOURNAL
• 影响因子: 3.4
• 作者: Naito, A;Nagao, T;Saitô, H
• 通讯作者: Saitô, H