バクテリオロドプシンの構造のゆらぎと機能

细菌视紫红质的结构波动和功能

• 批准号: 10157220
• 负责人: 斉藤 肇
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Himeji Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10157220/
• 关键词: 膜蛋白質; バクテリオロドプシン; ダイナミックス; NMR; 骨格構造

バクテリオロドプシン(bR)は、光駆動プロトンポンプ活性を有する代表的な光受容蛋白質である。bRの野生株および種々の部位特異変異体について、[3-^<13>C]Alaおよび[1-^<13>C]Val標識蛋白質を調製し、主要な残基の^<13>CNMR信号の帰属を行い以下の結果を得た。(A) 金属イオン結合サイト bRは金属イオンの除去によりプロトンポンプ活性を消失する。この間の色の変化を、蛋白骨格のコンホメーション変化と、膜表面のpH低下であることを明らかにした。金属イオンは特定残基に結合せず、細胞質、細胞外にあるサイト間の速い化学交換状態にある。特に、2価イオンが最も強く相互作用をするサイトはF-GループのAla196付近と特定した。(B) M様中間体 bRのM中間体を室温でトラップできる変異株、D85Nの^<13>CNMRスペクトルから、Asp85のプロトン化によりレチナールとの相互作用が著しく減少し、ループのみならず膜貫通へリックス領域に生じるコンホメーション変化と、ms-μsオーダーの揺らぎが新たに生じるダイナミックスの変化が誘起された。(C)プロトン移動経路におけるコンホメーションカップリング 光反応にともなって起こる細胞外側へのプロトンの放出、細胞質側でのプロトンの取り込みの各ステップは、プロトンが移動する経路に関与するアミノ酸残基の局部的なコンホメーション変化として捉えることが出来る。実際、Asp96-Thr46-Val49-Asp85ドメインのT46V,D96Nなどの変異株から、それぞれのステップにおいて起こる構造変化の“スナップショット"を室温で見ることにより、水素結合あるいはその他の相互作用により、内部、細胞質、外側にある残基間の構造のクロストークすなわちコンホメーションカップリングを直接観測することが出来た。

バ ク テ リ オ ロ ド プ シ ン は (bR), light 駆 プ ロ ト ン ポ ン プ activity を す な る representatives by light let protein で あ る. BR の wild strains お よ び kind 々 の site specific - variant に つ い て, [3 - ^ < 13 > C] Ala お よ び [1 - ^ < 13 > C] Val id protein を modulation し, main な residues の ^ < > 13 CNMR signal の 帰 を rows い の results under を た. (A) Metal nugget <s:1> binding サ ト bR する metal nugget <e:1> <s:1> removal によ <s:1> プロト ポ ポ プ プ activity を disappears する. Between こ の の color の - を, protein bone の コ ン ホ メ ー シ ョ ン - と and membrane surface の low pH で あ る こ と を Ming ら か に し た. The <s:1> <s:1> specific residue に of metal bium binds to せず, cytoplasm and extracellular にあるサ <s:1> ト chemical exchange state にある. に, 2 価 イ オ ン が most strong も く interaction を す る サ イ ト は F - G ル ー プ の Ala196 paying nearly と specific し た. (B) M-type intermediate BR の M intermediates を room temperature で ト ラ ッ プ で き る - different strains, D85N の ^ < > 13 CNMR ス ペ ク ト ル か ら, Asp85 の プ ロ ト ン change に よ り レ チ ナ ー ル と の が interaction with し く reducing し, ル ー プ の み な ら ず transmembrane へ リ ッ ク ス field に raw じ る コ ン ホ メ ー シ ョ ン - と, ms - mu s オ ー ダ ー <s:1> shake らぎが new たに student じるダ ナ ナ ッ ス ス <s:1> change が induce された. (C)プロト <e:1> mobile channel におけるコ ホメ ホメ ホメ ショ カップリ カップリ グ グ グ Light the 応 に と も な っ て up こ る cells in the lateral へ の プ ロ ト ン の release, cytoplasmic side で の プ ロ ト ン の take り 込 み の each ス テ ッ プ は, プ ロ ト ン が mobile す る 経 road に masato and す る ア ミ ノ acid residues の local な コ ン ホ メ ー シ ョ ン variations change と し て catch え る こ と が る. Be international, Asp96 - Thr46 - Val49 - Asp85 ド メ イ ン の T46V, D96N な ど の - different strains か ら, そ れ ぞ れ の ス テ ッ プ に お い て up こ る structure - the の "ス ナ ッ プ シ ョ ッ ト" を room-temperature で see る こ と に よ り, water element combination あ る い は そ の he の interaction に よ り, internal, cytoplasm, outside の structure between lateral に あ る residues の ク ロ ス ト ー ク す な わ ち コ ン ホ メ ー シ ョ ン カ ッ プ リ ン グ を 観 directly measuring す る こ と が た.

项目成果

A.Naito: "Backbone Dynamics of Polycrystalline Peptides Studied by Measurements of ^<115>N NMR Lineshpes and ^<13>C Transverse Relaxation Times" Journal of Molecular Structure. 441. 137-148 (1998)

A.Naito：“通过测量^ 115 N NMR谱线和^ 13 C横向弛豫时间研究多晶肽的骨架动力学”分子结构杂志。

A.K.Dioumaev: "Existence of a Proton Transter Chain in Bacteriorhodopsin:Participation of Glu 194 in the Release of Protons to the Extracelluar Surface" Biochemistry. 37. 2496-2506 (1998)

A.K.Dioumaev：“细菌视紫红质中质子转移链的存在：Glu 194 参与质子释放到细胞外表面”生物化学。

A..Naito,S.Tuzi and H.Saito: "Solid State NMR of polymers" Elsevior,Amsterda,The Netherland, 30 (1998)

A..Naito、S.Tuzi 和 H.Saito：“聚合物的固态 NMR” Elsevior，阿姆斯特丹，荷兰，30 (1998)

S. Tuzi: "Localization of a cation binding site in the loop between helices F and G of bacteriorhodopsin as studied by ^<13>C NMR"Biophysical Journal. 76. 1523-1531 (1999)

S.Tuzi：“通过13C NMR研究细菌视紫红质螺旋F和G之间环中阳离子结合位点的定位”《生物物理学杂志》。

M.Tanio: "Evidence of Local Conformational Fluctuations and Changes in Bacteriorhodopsin,Depending on Lipids,Detergents and Trimeric Structure as Studied by ^<13>C NMR" Biochimica et Biophysica Acta. 1375. 84-92 (1998)

M.Tanio：“根据13 C NMR研究的细菌视紫红质局部构象波动和变化的证据，取决于脂质、洗涤剂和三聚体结构”Biochimica et Biophysicala Acta。