血液の赤色を担うタンパク質に新たなメカニズムを発見(New mechanism found in protein that gives blood its red colour)

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2025-09-03 英国研究イノベーション機構(UKRI)

研究チームは、血液中で酸素を運ぶ重要なたんぱく質ヘモグロビンについて、新たな分子分離機構を発見した。従来、一酸化炭素(CO)がヘモグロビンから外れるのは単一の過程と考えられてきたが、今回の研究で少なくとも二段階の経路が存在することが実験的に確認された。セントラルレーザー施設(STFC)が提供する先端分光技術を用い、レーザーパルスでCOとヘモグロビンの結合を切断する「光解離」を解析。その結果、50フェムト秒以内に起こる超高速分離に加え、約15ピコ秒後に起こるより遅い分離段階が明らかになった。この発見は、ヘム鉄と配位子の結合解離メカニズムに関する長年の論争を解決し、タンパク質の構造変化や細胞シグナル伝達など生命現象の理解を深める重要な手掛かりとなる。医療応用は今後の課題だが、新薬設計や疾患治療法の基盤的知見として期待される。

<関連情報>

ヘモグロビンサブユニットからの一酸化炭素の二チャンネル光解離の直接観測 Direct observation of two-channel photodissociation of carbon monoxide from the hemoglobin subunits

Sergei V. Lepeshkevich,Igor V. Sazanovich,Marina V. Parkhats,Syargey N. Gilevich,Aliaksei V. Yantsevich,Julia A. Weinstein,Michael Towrie & Boris M. Dzhagarov
Nature Communications  Published:20 August 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-63092-z

血液の赤色を担うタンパク質に新たなメカニズムを発見(New mechanism found in protein that gives blood its red colour)

Abstract

Determining dynamics of bond breaking between carbon monoxide (CO) and heme proteins is essential to understand the interplay between protein function and dynamics, which is one of the fundamental challenges of physical biology. There is an ongoing debate about the mechanism of CO photodissociation from the heme iron. Here we use picosecond to millisecond transient mid-infrared spectroscopy to determine the dynamics of CO photodissociation from the isolated human hemoglobin chains. We find that the breaking of the Fe–CO bond is not a single-step process as is commonly accepted, but rather at least a two-step process, which includes both the known prompt sub-50-fs CO dissociation event and the additional slower, ~15 ps CO dissociation process discovered in this study. These results offer the direct experimental proof of the CO photodissociation mechanism containing several dissociative states.

生物化学工学
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