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青色光受容体 / 光合成細菌 / BLUF / ラン色細菌 / 光走性 / FTIR / 赤外分光 / 光合成

本研究では近年発見した新規青色光受容体BLUFタンパク質の光反応機構の解明を目標に研究を進めてきた。昨年度までの研究で、1)紅色細菌のBLUFタンパク質AppAとラン色細菌のBLUFタンパク質Slr1694はともに発色団としてフラビンを結合しており、その吸収スペクトルは光照射により10nm程長波長シフトすること、2)その際フラビンC4=0のカルボニル基に新たな水素結合が形成されることを、主にFTIR法を駆使し示してきた。本年度はAppAのBLUFドメインの結晶構造を決定するとともに大腸菌のBLUFタンパク質YcgFの解析も同時に行なった。その結果以下のことを明らかにした。
1)ラマン分光法によりAppAのBLUFドメインは光照射によりフラビンとアポタンパク質との相互作用変化を引き起こしていることを明らかにした。それらは昨年度までのFTIRの結果を支持するものであった。
2)AppAのBLUFドメインの結晶構造から、フラビン環C4=0のカルボニル酸素はY21,Q63,W104と水素結合ネットワークを形成していることがわかった。それぞれのアミノ酸に部位特異的置換を施したところ、Y21とQ63は光反応に必須であり、W104はその後引き起こされるアポタンパク質の構造変化に重要な役割を果たしていることを明らかにした。このことからBLUFドメインが光を受けると、Y21からの電子によりフラビンが還元され、続いてQ63の側鎖の向きが反転し、その後W104Aのコンフォメーションが変化する、という光サイクル反応のモデルを提唱することができた。
3)大腸菌のBLUFタンパク質YcgFの全長およびBLUFドメインを精製し、それぞれの光反応に伴う構造変化をFTIR法により解析した。その結果、N末端のBLUFドメインの構造変化が引き金となり、C末端のドメインの構造変化が引き起こされることを明らかにした。

赤外分光 / FTIR / 高度分布 / リトリ-バル / 成層圏 / オゾン / 微量気体 / レーザーヘテロダイン / 大気化学

研究実施計画に従い、平成8年10月に東北大学の移動型レーザーヘテロダイン赤外分光計(TDLHS)を、名古屋大学母子里観測所に設置した。そこで、名古屋大学のフーリエ変換赤外分光器(FTIR)との赤外分光同時観測を約2週間にわたって実施した。この間、オゾン(O3)、亜酸化窒素(N2O)、塩酸(HCl)、硝酸(HNO3)、弗化水素(HF)などの微量気体成分の吸収スペクトルを観測した。また、同時観測期間中オゾンゾンデ観測も行い、オゾンの鉛直分布の同時観測データを得た。
平成9年度は、昨年度のレーザーヘテロダイン赤外分光計(TDLHS)及びフーリエ変換赤外分光器(FTIR)同時観測で得られた赤外分光データの詳細な解析を行った。その結果、オゾン(O3)、塩化水素(HCl)、弗化水素(HF)などの微量気体成分の高度分布を導出した。その結果、2つの観測装置で得られたデータを解析することで導出されたオゾンの鉛直分布は、解析アルゴリズムの誤差範囲でよく一致することが判った。
次に、これら解析アルゴリズムの信憑性を確認するために、オゾンゾンデによるオゾン鉛直分布との統計的な比較を行った。赤外分光観測と同時に行った計17回のオゾンゾンデ観測によるオゾンの鉛直分布を、赤外分光観測によって得られたオゾンの鉛直分布と比較した結果、分光観測のもっとも感度の高い高度18-26kmの領域では、オゾン混合比の値は10%以内で一致した。一方、それ以外の領域では赤外分光観測による高度分布導出の感度が低下するため、高度10km以下では最大40%、高度30km以上では最大20%の誤差が生じることが判った。これらの結果により、地上における高分解能での赤外分光観測は、微量気体成分の鉛直分布の導出に有効であることが実証された。

【研究分担者】
村田功	東北大学	理学研究科	助手	(Kakenデータベース)
田口真	国立極地研究所	助教授	(Kakenデータベース)
小池真	名古屋大学	太陽地球環境研究所	助手	(Kakenデータベース)
近藤豊	名古屋大学	太陽地球環境研究所	教授	(Kakenデータベース)