岩田想 医学研究科教授（兼?理化学研究所グループディレクター）、南後恵理子 理化学研究所研究員らの研究グループは、光に応答するタンパク質がフェムト秒（1,000兆分の1秒）からピコ秒（1兆分の1秒）という超高速で反応する過程を、X線自由電子レーザー（XFEL）によって、原子の動きまで克明に動画として捉えることに成功しました。
本研究成果は、2018年６月15日に米国の科学雑誌「厂肠颈别苍肠别」のオンライン版に掲载されました。
研究者からのコメント
本研究は、理化学研究所播磨研究所にある自由电子レーザー厂础颁尝础を用いて実験を行うため、本学のグループを播磨において研究を行っています。今回の成果はスイスのグループと共同で行ったもので、バクテリオロドプシンというタンパク质の中のレチナールという分子が光を吸収するときに起こる形の変化を200フェムト秒（フェムト秒は1000兆分の１秒）から３ピコ秒（ピコ秒は１兆分の１秒）の间の时间で観测することに成功したものです。このレチナールという分子は人间の目において光を感じるセンサーにおいても使われており、我々はその仕组みを解明したいと考えていますが、今回の结果はその目标に到达するための技术的な问题を乗り越えたという点で大きな意味のある成果だと考えています。
概要
ヒトの视覚や微生物のイオン输送に関わる光応答タンパク质は、光をキャッチするためのレチナールを含んでおり、高効率かつ立体选択的に构造を変化させて机能を発现することが知られています。しかし、その光化学反応はフェムト秒からピコ秒という超高速で起こるため、どのように反応し构造変化を起こすのかを知るのに必要な原子レベルの动きを捉えることは非常に困难でした。
本研究グループは、レチナールを持つ光応答タンパク质（レチナールタンパク质）が、光を照射された后にどのように働くかを原子レベルで动画撮影することに成功し、光化学反応の初期过程におけるメカニズムを解明しました。
また、本研究成果は、ヒトの视覚に関与するロドプシンや光遗伝学に用いられるチャネルロドプシンなど、他のレチナールタンパク质における光化学反応の初期段阶を理解する上で重要な知见となります。さらに、本研究で用いられた手法は、光で反応する他の种类のタンパク质の构造変化を捉え、仕组みの解明に贡献すると期待できます。
図：齿贵贰尝で超高速反応する过程を捉える概念図
详しい研究内容について
书誌情报
【顿翱滨】
Przemyslaw Nogly, Tobias Weinert, Daniel James, Sergio Carbajo, Dmitry Ozerov, Antonia Furrer, Dardan Gashi, Veniamin Borin, Petr Skopintsev, Kathrin Jaeger, Karol Nass, Petra B?th, Robert Bosman, Jason Koglin, Matthew Seaberg, Thomas Lane, Demet Kekilli, Steffen Brünle, Tomoyuki Tanaka, Wenting Wu, Christopher Milne, Thomas White, Anton Barty, Uwe Weierstall, Valerie Panneels, Eriko Nango, So Iwata, Mark Hunter, Igor Schapiro, Gebhard Schertler, Richard Neutze, J?rg Standfuss (2018). Retinal isomerization in bacteriorhodopsin captured by a femtosecond x-ray laser. Science, 361(6398):eaat0094.
