G protein-coupled receptor, (GPCR)는 세포외부의 신호를 인식 시 G 단백질을 활성화시켜 신호를 전달하며 kinase에 의한 인산화를 통하여 지속적인 신호전달을 억제한다. 외부 신호물질이 없는 조건에서도 활성을 나타내는 항활성 돌연변이종(CAM)은 GPCR의 신호전달 이상에 기인한 질병 치료나 활성화 구조변화의 좋은 연구대상이다. 희미한 빛을 인식하는 시각수용체인 로돕신의 CAM으로는 salt bridge에 직접적인 영향을 미치는 돌연변이인 G90D, El13Q, 그리고 K296E와, 직접적인 영향이 없는 돌연변이인 E134q와 M25Y등 두 가지 계통의 종류가 알려져 있다. 본 연구에서는 각각의 돌연변이가 복합된 mutant를 구성하여 agonist와 inverse agonist에 대한친화도와 로돕신 kinase에 대한 활성을 조사하여 각 종에서의 구조변화의 차이를 분석하였다. 로돕신 mutant의constitutive activity는 all-trans-retinal에 대한 친화도에 비례하며 11-cis-retinal에 대한 친화도와는 역상관 관계를 보여준다. 같은 계통에 속하는 돌연변이가 합쳐진 복합 mutant는 단일 mutant에 비하여 미약한 정도의 로돕신 kinase 항활성화 증가를 보여주나, 다른 계통에 속하는 두 가지 돌연변이가 합쳐진 mutant는 항활성화가 크게 증가되었음을 보여주었다. 이 결과는 다른 계통에 속하는 mutant에서는 상이한 구조변화가 일어나며 로돕신이완전한 활성화에 이르기 위해서는 최소한 두 가지 종류의 돌연변이에 의하여 생기는 구조변화들이 함께 일어나야함을 의 미 한다. G protein 활성화와 유사한 항활성화 분석 결과는 rhodopsin kinase가 인식하는 로돕신의 활성화상태 구조가 G protein이 인식하는 구조와 유사함을 의미한다. 특히 가장 강한 활성을 나타내는 El13Q/E134Q/M257Y는 활성화상태 GPCR 단백질의 결정 시도에 이용 될 수 있을 것이다.
Kosoy, Ana;Moller, Carolina;Perdomo, Deisy;Bubis, Jose
BMB Reports
/
제37권2호
/
pp.260-267
/
2004
Transducin (T), the heterotrimeric guanine nucleotide binding protein in rod outer segments, serves as an intermediary between the receptor protein, rhodopsin, and the effector protein, cGMP phosphodiesterase. Labeling of T with dansyl chloride (DnsCl) inhibited its light-dependent guanine nucleotide binding activity. Conversely, DnsCl had no effect on the functionality of rhodopsin. Approximately 2-3 mol of DnsCl were incorporated per mole of T. Since fluoroaluminate was capable of activating DnsCl-modified T, this lysine-specific labeling compound did not affect the guanine nucleotide-binding pocket of T. However, the labeling of T with DnsCl hindered its binding to photoexcited rhodopsin, as shown by sedimentation experiments. Additionally, rhodopsin completely protected against the DnsCl inactivation of T. These results demonstrated the existence of functional lysines on T that are located in the proximity of the interaction site with the photoreceptor protein.
Picosecond time-resolved and static protein fluorescence spectra and absorption spectra of octopus rhodopsin, a photorecepting protein, are measured and compared with those of bacteriorhodopsin, a photon-induced proton pumping protein, to understand the protein conformations and functions of octopus rhodopsin and its deprotonated photocycle intermediate. The bluer and weaker absorption of retinal indicates that octopus rhodopsin is better in thermal noise suppression but less efficient in light harvesting than bacteriorhodopsin. The protein fluorescence of octopus rhodopsin shows the characteristic of Trp only and the uantum efficiency and lifetime variations may result primarily from variations in the coupling strength with the retinal. The stronger intensity by four times and larger red shift by 12 nm of fluorescence suggest that octopus rhodopsin has more open and looser structure compared with bacteriorhodopsin. Fluorescence decay profiles reveal two decay components of 300 ps (60%) and 2 ns (40%). The deprotonation of protonated Schiff's base increases the shorter decay time to 500 ps and enhances the fluorescence intensity by 20%. The fluorescence and its decay time from Trp residues near retinal are influenced more by the deprotonation. The increase of fluorescence intimates that protein structure becomes loosened and relaxed further by the deprotonation of protonated Schiff's base. The driving force of sequential changes initiated by absorption of a photon is too exhausted after the deprotonation to return the intermediate to the ground state of the begun rhodopsin form.
We propose a novel mechanism (Twist Sharing Mechanism) for the cis-trans photoisomerization of rhodopsin, based on the molecular dynamics (MD) simulation study. New things devised in our simulations are (1) the adoption of Mt. Fuji potentials in the excited state for twisting of the three bonds C9=C10, C11=C12 and C13=14 which are modeled using the detailed ab initio quantum chemical calculations and (2) to use the rhodopsin structure which was resolved recently by the X-ray crystallographic study. As a result, we found the followings: Due to the intramolecular steric hindrance between 20-methyl and 10-H in the retinal chromophore, the C12-C13 and C10-C11 bonds are considerably twisted counterclockwise in rhodopsin, allowing only counterclockwise rotation of the C11 =C12 in the excited state. The movement of 19-methyl in rhodopsin is blocked by the surrounding three amino acids, Thr 118, Met 207 and Tyr 268, prohibiting the rotation of C9=C10. As a result only all-trans form of the chromophore is obtainable as a photoproduct. At the 90$^{\circ}$ twisting of C11=C12 in the course of photoisomerization, twisting energies of the other bonds amount to about 20 kcal/mol. If the transition state for the thermal isomerization is assumed to be similar to this structure, the activation energy for the thermal isomerization around C11=C12'in rhodopsin is elevated by about 20 kcal/mol and the thermal isomerization rate is decelerated by 10$\^$-14/ times than that of the retinal chromophore in solution, protecting photosignal from the thermal noise.
In vertebrate rhodopsins the glutamic acid at position 113 serves as a counterion to stabilize the protonated retinylidene Schiff base linkage and to shift the spectrum to the visible region. Invertebrate rhodopsins and retinochrome have the amino acid residue different from glutamic acid or asparatic acid at this position and therefore, these pigments may have a counterion at different position. We first investigated the counterion in retinochrome by site specific mutagenesis. The results showed that the counterion is the glutamic acid at position 181, where almost of all the pigments including vertebrate and invertebrate rhodopsins in the rhodopsin family have a glutamic acid or an aspartic acid. In vertebrate rhodopsins, however, Glu 181 does not act as a counterion, and the red-sensitive cone pigments have a histidine at this position, which serves as a chloride-binding site for red-shift of the absorption spectrum. These findings suggested that the role of Glu181 as a counterion may be weakened by the newly acquired counterion at position 113. Taken together with our recent studies on an invertebrate-type rhodopsin, the rhodopsin diversity was discussed from viewpoint of counterion.
We report the electro-optical properties of the sensory rhodopsin II using a near-field scanning microwave microscope(NSMM). Rhodopsin was known as a photoreceptor pigment with a retinal as a chromophore via a protonated Schiff base and consists of seven ${\alpha}-helical$ transmembrane segments. The sensory rhodopsin II, expressing E. coli UT5600 with endogenous retinal biosynthesis system and purified with $Ni^{-2}-NTA$ affinity chromatography in the presence of 0.02 % DM (Dodecyl Maltoside) from Natronomonas pharaonis. We measured the absorption spectra and the transients difference of sensory rhodopsin II from Natronomonas pharaonis using a UV/VIS spectrophotometer with Nd-Yag Laser (532 nm). The absorption spectra of NpSR II showed a typical rhodopsin spectrum with a left shoulder region and the photointermediates spectra of NpSR II-ground state (${\lambda}max=498\;nm$), NpSR II-M state (${\lambda}max=390\;nm$), and NpSR II-O state (${\lambda}max=550\;nm$) during the photocycle. The observed photocycle reaction was confirmed by measuring the microwave reflection coefficient $S_{11}$ at an operating frequency of f=3.93-3.95 GHz and compared with the results of a photocycle of NpSR II.
Six frogs (Rana nigromaculata 25∼40 gm) were adapted to light for 2 hours. Then 0.02 ml of 3% nicotinamide and 0.02 ml of 0.6% folic acid were injected into the vitreous body of the right eye-ball, and 0.02 ml normal saline solution into the vitreous body of the left eye-ball respectively. After dark adaptation for an hour-their heads were cut off under a dim red light (650 $m{\mu}$). The retinae were removed from the left eye-ball for the control group and from the right for the test group respectively. Then rhodopsin was extracted from the retinae with 3 ml of 2% digitonin solution(pH = 7.0) for 17 hours at 0$^{\circ}C$ in the dark. The optical densities before and after the illumination of the extract were measured and compared with those of the control group. The results are as follows: 1) The group which had been injected with 0.02 ml of 3% nicotinamide solution had the promotive action on tile regeneration of rhodopsin in comparison with the control group. 2) The group which had been injected with 0.02 ml of 0.6% folic acid solution had the controlling action on the regeneration of rhodopsin in comparison with the control group.
The interaction of the rod GTP binding protein, Transducin ($G_t$), with bleached Rhodopsin ($R^*$) was investigated by measuring radiolabeled guanine nucleotide binding to and release from soluble and/or membrane-bound Gt by reconstituting $G_t$ containing bound GDP ($G_t$-GDP) or the hydrolysis-resistant GTP analog guanylyl imidodiphosphate ($G_t$-p[NH]ppG) with $R^*$ under physiological conditions. Release of GDP and p[NH]ppG from $G_t$ occurred to the same extent and with the same light sensitivity both in the presence and absence of added GTP. Significant amounts of $G_t$ without bound nucleotide ($G_{t^-}$) were generated. When ROS containing bleached rhodopsin ($R^*$) were centrifuged in low ionic strength buffer, $G_{t^-}$ remained associated with the membrane fraction, whereas $G_t$-GDP remained in the soluble fraction. These results suggest that $G_t$-GDP and $G_t$-p[NH]ppG have similar affinities for $R^*$. The results also suggest that $G_{t^-}$, rather than $G_t$-GDP, is the moiety which exhibits tight, "light-induced" binding to rhodopsin.
Hula-twist is a volume-conserving photoisomerization reaction mechanism postulated in 1985 to account for the rapid photoisomerization of the retinyl chromophore in rhodopsin. The requisite stereochemical consequence of simultaneous isomerization of a double bond and an adjacent single bond has recently been demonstrated in isomerization of pre-vitamin D in an organic glass and by many other examples of organic systems already reported in the literature This paper reports the consequence in applying the mechanism to the primary photochemical process of several photosensitive biopigments: bilirubin, photoactive yellow protein, bacteriorhodopsin and rhodopsin. It is shown that the anchored nature of the chromophores must first be taken into consideration.
Based on structural information provided by recently reported crystal structures of rhodopsin, we present rationales for the regiospecific protein perturbation on the previously reported $\^$19/F chemical shifts of the vinyl and trifluoromethylrhodopsins and their photoproducts. The crystal structures also suggest that H-bonding is a likely cause for the earlier reported regiospecific photoisomerization of the 10-fluororhodopsins. Photoisomerization was revealed by chemical shift of the photoproducts. Additionally, possible use of 3-bond F,F coupling constants for following photoisomerization of retinal-binding proteins is discussed.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.