蛋白質の運動と連動する水和水のコヒーレントな集団運動の探索

探索与蛋白质运动相关的水合水的连贯集体运动

基本信息

批准号：
20050030
负责人：
中迫雅由
金额：
$ 2.37万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

蛋白質運動に不可欠な水分子集団移動の有無やその容態を分子動力学計算トラジェクトリから検討する計算コードを開発した。グルタミン酸脱水素酵素の1ナノ秒トラジェクトリにおいて見出された複数のドメイン開閉運動時間領域に対して適用した結果、ドメイン運動に連動しながら、活性クレフト内に存在する水分子のコヒーレントな集団運動が発生することが明らかになった。今後、このような現象を実験的に明らかにする方法を検討中である。蛋白質立体構造データバンクの中ではあまり利用されていなかった蛋白質周辺での水和水分布について、その構造情報を抽出し、蛋白質表面の11種類の親水性アミノ酸残基に含まれる酸素、窒素原子周辺での経験的水和水確率分布関数を得た。また、その分布関数を用いて、蛋白質の水和構造予測を可能とする計算コードを開発し、その適用可能性を複数の蛋白質について調べた。経験的水和水確率分布関数は、結晶構造解析における構造精密化の際にも参照データを与えるので、構造精密化した蛋白質の水和構造モデルの検定方法も考案した。ドメイン運動に伴う水和構造変化、蛋白質会合での水和の役割などを詳細に解析するために、X線構造解析を試み、機能発現時に予想される構造・水和構造変化の可視化を目指している。昨年度作出したグルタミン酸脱水素酵素の補酵素結合型結晶、チバクロン青色素分子結合のX線回折強度データ収集を実施した。補酵素結合型結晶は分解能の向上が必要であり、また色素結合型では、色素の占有率がモデル構築を可能とするレベルではなかった。蛋白質ジスルフィド結合異性化酵素の酸化還元に伴う構造及び溶媒和の変化をX線小角散乱と核磁気共鳴を組み合わせた実験で明らかにした。

我们已经开发了一个计算代码，该代码检查了水分子种群迁移的存在或不存在，这对于蛋白质运动至关重要，其状况来自分子动力学计算轨迹。在谷氨酸脱氢酶的1纳秒轨迹中发现的开放/关闭运动时间结构域的多个结构域的应用表明，活性裂缝中存在的水分子的相干集体运动与域运动发生。将来，正在通过实验研究阐明这种现象的方法。提取了结构信息，用于在蛋白质3D结构数据库中未广泛使用的蛋白质周围的水合水分布，并在氧气和氮原子周围获得了经验水合水的概率分布功能，其中11种蛋白质表面上的水酚氨基酸残留物中包含的11种类型的氮原子。此外，使用分布函数，开发了能够预测蛋白质水合结构的计算代码，并研究了多种蛋白质的适用性。由于经验水合水概率分布函数还提供了晶体结构分析结构完善期间的参考数据，因此还设计了一种测试结构精制蛋白质的水合结构模型的方法。为了详细分析与结构域运动相关的水合结构的变化以及水合在蛋白质关联中的作用，尝试了X射线结构分析，我们旨在可视化在功能表达时预期的结构和水合结构变化。收集X射线衍射强度数据是针对谷氨酸脱氢酶的辅酶结合的晶体，谷氨酸脱氢酶的结合，该晶体是去年产生的，蓝色色素分子的结合。辅酶结合的晶体需要改进分辨率，在染料结合的类型中，染料占用率不在允许模型构建的水平上。在结合X射线小角度散射和核磁共振的实验中揭示了与蛋白质二硫键异构酶氧化还原相关的结构和溶剂化的变化。