蛋白質の溶解度の表面電荷分布と溶液条件が決める研究

表面电荷分布和溶液条件决定蛋白质溶解度的研究

基本信息

批准号：
07780560
负责人：
高橋卓也
金额：
$ 0.64万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1995
资助国家：
日本
起止时间：
1995 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

表面電荷は分子の会合し易さの指標になり、溶解度と相関がある。我々は、蛋白質分子に対する表面電位計算法を開発した。その精度の評価を行うため、巨大な蛋白質(ヒトHフェリチン及びウマLフェリチン)の表面電位を光散乱実験から精密に測定し、計算との比較を行った。精度を上げるため、測定は低イオン強度で行った。実験を再現するためには蛋白質の各解離基の解離度(つまり電荷分布)を正しく計算する必要があり、そのためには解離基間の相互作用を評価する必要がある。そこでこの蛋白質に対して数値的に誘導体モデルを解き、蛋白質内部の実効誘電率を求め、さらにそれを用いた電荷分布を求めた。そしてその電荷分布にもとづいて蛋白質内外の電位を計算したところ、その絶対値、イオン強度依存性、pH依存性とも計算と実験の間に良い一致を得た。低分子の溶解度はその水和自由エネルギーにより定まる。我々は、アルコールなどの低分子で水和自由エネルギーを計算し実験と良い一致を見た。蛋白質に対しては結晶化を考慮しなければならない。しかし結晶化が無視できるような短い時間領域での溶解度は、蛋白質分子が変性しない限り、水和にともなう自由エネルギー変化によって決まると思われる。我々は水和自由エネルギーにおける静電相互作用の寄与をいろいろなサイズの蛋白質にたいして計算しその表面積や残基数との相関を調べた。各解離基を中性化した場合では、表面積に正比例していたが、イオン化した場合、相関は弱まり、全電荷量などとの相関が効いていた。表面積から計算された経験的水和自由エネルギー(低分子の実験から求めたパラメータを用いた)との比較も行い、強い正の1次相関を得た。

表面电荷是分子结合难易程度的指标，并且与溶解度相关。我们开发了一种计算蛋白质分子表面电势的方法。为了评估其准确性，我们利用光散射实验精确测量了大蛋白质（人H-铁蛋白和马L-铁蛋白）的表面电位，并与计算结果进行了比较。在低离子强度下进行测量以提高准确性。为了重现实验，需要正确计算蛋白质中每个解离基团的解离度（即电荷分布），为此，需要评估解离基团之间的相互作用。因此，我们对该蛋白质的导数模型进行了数值求解，确定了蛋白质内部的有效介电常数，并利用它进一步确定了电荷分布。当我们根据电荷分布计算蛋白质内部和外部的电位时，我们发现其绝对值、离子强度依赖性和 pH 依赖性的计算与实验之间具有良好的一致性。小分子的溶解度由它们的水合自由能决定。我们计算了小分子（例如醇）的水合自由能，发现与实验吻合良好。对于蛋白质来说必须考虑结晶。然而，结晶可忽略不计的短时间范围内的溶解度被认为是由与水合相关的自由能的变化决定的，除非蛋白质分子变性。我们计算了静电相互作用对各种尺寸蛋白质的水合自由能的贡献，并研究了与表面积和残基数量的相关性。当每个解离基团被中和时，它与表面积成正比，但当它被电离时，相关性减弱，与总电荷的相关性更有效。还与根据表面积计算的经验水合自由能（使用小分子实验确定的参数）进行了比较，得到了很强的正一阶相关性。