サイクル反応ではなくフォトクロミズムを示すロドプシンの反応機構解明

阐明视紫红质的反应机制，其表现出光致变色而不是循环反应

基本信息

批准号：
20044012
负责人：
神取秀樹
金额：
$ 1.54万
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：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

バクテリオロドプシン(BR)など古細菌型ロドプシンの光反応は100%のサイクル反応が常識であったが、我々はAnabaena sensory rhodopsin(ASR)が100%のフォトクロミズム反応を示すことを発見した(JACS, 2007)。BRとASRの結晶構造は類似しており、どのようにしてよく似た蛋白質構造が、レチナールという同一分子の全く異なる光反応をもたらすのか、そのメカニズムは未解明である。本研究では、遺伝子工学的な手法によって作製したASRの変異蛋白質の分光学的な解析を行うことで、ASRの特異なフォトクロミズム反応のメカニズムを明らかにすることを試みた結果、以下の研究成果が得られた。ロドプシンのサイクル反応、フォトクロミズム反応のいずれも最初の光反応はC13=C14部位のピコ秒時間領域での異性化反応であるが、ミリ秒の時間領域で起こる熱異性化反応の部位が異なるため、それぞれの反応過程が実現する。低温赤外分光をASRの後期中間体であるL中間体に対して適用したところ、ASRに特異的な細胞質側での構造変化を明らかにすることができた。このような構造変化が信号伝達に必須であるとともに、フォトクロミズム反応にも関わるものと考えられる。本研究においては、光反応がサイクル型になるバクテリオロドプシン(BR)やクロライドポンプのハロロドプシン(HR)、光センサーであるセンサリーロドプシンI(SRI)、センサリーロドプシンII(SRII)などの光反応に関しても特徴的な構造変化などを明らかにすることができた。

尽管古细紫红质（例如细菌紫红质）（BR）的100％循环反应是常识，但我们发现Anabaena感觉到了感觉视紫红质（ASR）表现出100％的光致变色反应（Jacs，2007）。 BR和ASR的晶体结构相似，相似蛋白质结构如何导致同一分子的视网膜完全不同的光反应的机制是未知的。在这项研究中，我们试图通过对基因工程方法产生的ASR突变蛋白进行光谱分析来阐明ASR独特的光致变色反应的机制，并获得了以下研究结果。在视紫红质和光色素反应的循环反应中，第一个光电反应是在C13 = C14位点的皮秒时代域中的异构化反应，但是在毫秒时代域中发生的热异构反应的位点是不同的，因此每个反应是现实的。当将低温红外光谱应用于ASR的晚期中间体L中间体时，可以揭示ASR特定的细胞质侧的结构变化。这种结构变化对于信号传递至关重要，被认为与光更色变性有关。这项研究还揭示了光电反应的明显结构变化，例如细菌紫红素（BR），它是光电反应，卤代蛋白（HR），氯化物泵和感觉荧光素I（SRI）（SRI）和Sensory Rhopopsin II（SRII）的循环。