プロトンポンプの方向性を決定する内部結合水の構造解析

决定质子泵方向性的内部结合水的结构分析

基本信息

批准号：
15076202
负责人：
神取秀樹
金额：
$ 53.44万
依托单位：
Nagoya Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

蛋白質は一般に疎水部を水から避ける形で折り畳まれるが、疎水的な内部に水分子が存在する場合もある。これら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。本研究では、濃度勾配に逆らってイオンを輸送する分子ポンプ蛋白質の機能発現過程における内部結合水の役割を明らかにするため、光駆動プロトンポンプであるバクテリオロドプシンなどを対象として、低温赤外分光を用いた研究を行っている。本年度は以下の成果を得た。バクテリオロドプシンの活性中心を構成する2つのアスパラギン酸(Asp85,212)を非解離性のアミノ酸に置換するとプロトンポンプ活性がなくなる。一方、クロライドを結合するとAsp85の変異体はクロライドポンプに機能転換する一方、Asp212の変異体はプロトンポンプ機能が復活することが知られているが、そのメカニズムは不明であった。我々は昨年、クロライドポンプに転換したD85変異体の構造解析を報告したが、それに続いてD212変異体の赤外分光解析を行った。その結果、シッフ塩基の水素結合アクセプターである水分子の位置にクロライドが結合するD85変異体とは異なり、D212変異体ではシッフ塩基-水-Asp85という水素結合ネットワークを再構成するようにクロライドが活性中心近傍に結合することが明らかになった。強い水素結合を形成した水分子は、ハライドが結合したD212変異体にのみ観測され、ロドプシンのプロトンポンプ機能とも完全に対応している。これ以外にも、バクテリオロドプシンのAsp115の変異体や海洋性バクテリアのプロトンポンプ蛋白質であるプロテオロドプシン(PR)に対して赤外分光解析を行い、特異的な水素結合構造が機能発現に重要な役割を担っていることを明らかにした。以上の成果として、2007年に11編の原著論文を世に出すことができた。また、平成19年度には15件の招待講演を含む46件の学会発表を行った。

蛋白质通常以一种从水中避免疏水部分的方式折叠，但是水分子也可能存在于疏水性内部。人们认为，不仅填补空间，而且在功能中起重要作用的水分子的存在。在这项研究中，我们正在使用低温红外光谱法进行研究，靶向细菌紫红素（一种轻驱动的质子泵），以阐明内部结合的水在传递离子离子抗浓度梯度的分子泵蛋白功能表达过程中的作用。今年，我们取得了以下结果：替代两种构成细菌蛋白活性中心的天冬氨酸（ASP85,212），其具有不可溶解的氨基酸将导致质子泵活性。另一方面，众所周知，当氯化物结合时，ASP85突变体会转变为氯化泵，而已知ASP212突变体可以恢复质子泵的功能，但是该机制的机制尚不清楚。我们报道了去年的D85突变体转化为氯化泵的结构分析，然后进行了D212突变体的红外光谱。结果，据揭示了与D85突变体不同，氯化物与水分子的位置结合，这是Schiff碱基的氢键受体，D212突变体以称为Schiff Base-Water-Water-Water-Water-Water-Water-Water-Water-Asp85的方式与活性中心的附近结合。仅在与卤化物结合的D212突变体中观察到形成强氢键的水分子，并且与视紫红质的质子泵功能完全兼容。除此之外，在细菌紫红蛋白ASP115和蛋白质蛋白蛋白（PR）的突变体上进行了红外光谱，这是一种海洋细菌的质子泵蛋白，以揭示特定的氢键结构在功能表达中起重要作用。由于上述内容，2007年发表了11篇原始论文。此外，在2007年进行了46次会议演讲，其中包括15次受邀讲座。

项目成果

期刊论文数量（237）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Hydration switch model for the proton transfer in the Schiff base region of bacteriorhodopsin

DOI：
10.1016/j.bbabio.2004.03.015
发表时间：
2004-07-23
期刊：
BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA-BIOENERGETICS
影响因子：
4.3
作者：
Kandori, H
通讯作者：
Kandori, H

Temperature-dependent interactions between photoactivated Pharaonis phoborhodopsin and its transducer

DOI：
10.1021/bi060047i
发表时间：
2006-04-18
期刊：
BIOCHEMISTRY
影响因子：
2.9
作者：
Kamada, K;Furutani, Y;Kandori, H
通讯作者：
Kandori, H

神取秀樹: "視覚の初期過程における光化学反応"レーザー研究. 31. 184-189 (2003)

Hideki Kandori：“视觉早期过程中的光化学反应”激光研究 31. 184-189 (2003)。

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

H.Kandori: "Hydration Switch Model for the proton transfer in the Schiff base region of bacteriorhodopsin"Biochim.Biophys.Acta. (In press). (2004)

H.Kandori：“细菌视紫红质席夫碱区质子转移的水合开关模型”Biochim.Biophys.Acta。

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Photoreaction Cycle of the Light, Oxygen, and Voltage Domain in FKFI Determined by Low-Temperature Absorption Spectroscopy

低温吸收光谱测定 FKFI 中光、氧和电压域的光反应循环

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
Biochemistry 45・36
影响因子：
0
作者：
K.Miyauchi;S.Miyazaki;K.Sakai;S.Kawata Q.Kong;A.A.Andreev;T.Kikuchi;S. Ishii;Y. Shintani;J. Choi;桑島邦博;一木隆範;K.Zikihara et al.
通讯作者：
K.Zikihara et al.