イオン輸送タンパク質における内部結合水のはたらき

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本研究は低温赤外分光法を用いてイオン輸送タンパク質であるバクテリオロドプシン(プロトンポンプ)、ハロロドプシン(塩化物イオンポンプ)に適用し、これらのタンパク質が機能を発現するよで、タンパク質内部に結合した水分子のはたらきを明らかにすることが目的である。本年度の研究成果の概要を以下に記述する。1.シッフ塩基近傍に存在するAsp212を中性残基に置換したD212N変異体はプロトンポンプ活性がないが、クロライドイオン存在下、酸性pHという条件では、プロトンポンプ活性が復活する。そこで、D212N変異体に対し、プロトンポンプ活性がある条件と、ない条件で赤外分光測定を行ない、活性中心に存在する水分子の水素結合構造を解析した。その結果、プロトンポンプ活性のある条件では活性中心に強い水素結合を形成した水分子が観測され、活性のない条件ではそのような水分子は観測されなかった。この結果はこれまでの我々のグループの作業仮説を強くサポートすると共に、活性中心の水和構造がポンプ活性に重要なはたらきをしていることを示唆している。2.塩化物イオンポンプタンパク質であるハロロドプシンに対する研究においては、赤外分光法を用いて、塩化物イオンが移動すると考えられる後期中間体の構造解析を行った。シッフ塩基近傍といった局所的な変異体を用いるだけでなく、ハロロドプシン全体に渡る変異体、部位特異的標識試料を用いた結果、細胞外側のArg123と各ヘリックス内に存在するプロリン残基の構造変化が輸送機構に重要であることを見出した。