バクテリオロドプシンのプロトントランスポータとチャネル

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バクテリオロドプシンは、そのシッフ塩基を中心としたトランスポータが、先ず、細胞外にプロトンをだし、その後、細胞内からプロトンをとりこむための二つのチャネルに構造変化を与えて、プロトンを一方向に運ぶ。光で誘導される中間体、特にマイクロ秒の時間帯に生じるL中間体、それに続くM中間体の構造を、フーリエ変換赤外スペクトル法(FTIR)と変異蛋白質を用いて解析し、トランスポータとチャネルの関連を明らかにしてゆくのが、本研究の目的である。(1)トランスポータ活性発現への最初の段階であるL中間体の生成に伴い、細胞外チャネルにつながるAsp85に配位した水分子が、その近くにあるAsp212、およびシッフ塩基と強い水素結合を作ることを示した。またTrp182がアロステリックに、レチナ-ルの9メチル基を通じて、トランスポーターの機能に影響を与えていることも示した。これらの構造体の形成が、そのあとのシッフ塩基からAsp85へのプロトン移動を起こす原動力である。(2)L中間体の生成に伴い、Asp85に配位した水分子からVal49のC=0に配位した水分子、さらに細胞内側チャネル部分にあるThr46とAsp96の間にある水分子の水素結合変化が起こり、Asp96を中心にした細胞内チャネルが活性化することが示された。(3)トランスポータ部分を構成するAsp85の負の電荷をなくすと、シッフ塩基からのプロトンが受容できなくなるので、プロトンをポンプできなくなる。それに塩素イオンを入れると、他の部分はまったくバクテリオロドプシンのままで、塩素イオンを、プロトンとは反対の方向に運搬できるようになる。