蛋白質表面に分布する水和水クラスターのダイナミクス

分布在蛋白质表面的水合水簇的动力学

• 批准号: 14740248
• 负责人: 上久保 裕生
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Nara Institute of Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14740248/
• 关键词: 水和水; ダイナミクス; 中性子散乱; 蛋白質; 水和水; ダイナミクス; 中性子散乱; 蛋白質

近年、低温X線結晶構造解析等の結果から、蛋白質表面は数枚の水和水クラスターによって覆われていることが明らかとなり、それらの水和水クラスターの蛋白質機能に対する役割が注目されている。本申請研究では、この水和水クラスターに注目し、非干渉性中性子散乱測定法を用いて"水和水クラスターの動力学的性質"、さらには、"水和水クラスターの動力学的性質と蛋白質機能との関係"を明らかにすることを目的としている。蛋白質分子は200K付近でガラス転移に類似した動力学的転移が観測される。転移後の蛋白質分子はエネルギーランドスケープ内のLocal minimum間で非調和的な転移が起きていると考えられており、この転移が機能と密接に関係していることが示唆されている。昨年度は、野生型Staphylococcal nucleaseを試料として、重水水和試料と軽水水和試料の比較から水和水由来の動力学転移の観測を試みた。水由来の中性子散乱の寄与は全体の20%程度を占めており、十分観測可能であることが明らかになった。本年度は、規則構造を持つ蛋白質の表面に存在する水和水と構造が壊れた状態にある蛋白質の表面にある水和水の動力学的な性質の違いを明らかにすることを目的として、変異体Staphylococcal nucleaseに対して実験を行った。用いた変異体は、野生型Staphylococcal nucleaseからC末端領域を一部欠損したものを用いた。これまでの研究から、この変異体では生理条件下で非天然構造をとっていることがわかっている。中性子散乱実験は野生型の際と同様の条件で行い、水和水由来の非干渉性中性子弾性散乱の温度依存性を観測した。昨年度測定した野生型の結果と比較すると、全体の傾向は類似しているものの160K前後で見られる転移にわずかながら違いが見られ、蛋白質の規則構造が水和水の動力学に対し何らかの影響を与えていることが示唆された。引き続き、この違いがいかなる性質を反映しているのか明らかにすべく、中性子準弾性散乱の測定を行う準備を進めている。

近年来，低温X射线晶体结构分析的结果表明，蛋白质表面被几个水合的水簇覆盖，并且这些水合水簇在蛋白质功能中的作用引起了人们的注意。这项申请研究的重点是该水合水簇，旨在阐明使用不连贯的中子散射测量值的“水合水簇的构成特性”和“水合水簇和蛋白质功能的动力学特性之间的关系”。对于200K左右的蛋白质分子，观察到类似于玻璃转变的动力学转变。据信，非谐的转移发生在能量景观中的局部最小值之间，这表明这种转移与功能密切相关。去年，我们试图通过使用野生型葡萄球菌核酸酶作为样品比较重水和轻水水合样品来观察到水合水的动力学过渡。中子散射的贡献约占总数的20％，这清楚地表明它足够可观察到。今年，我们对突变体葡萄球菌核酸酶进行了实验，目的是阐明存在于蛋白质表面上存在的水合水的动态特性差异，该蛋白质表面具有常规结构和水合水​​，存在于蛋白质表面上，蛋白质的结构破裂。使用的突变体是野生型葡萄球菌核酸酶的部分缺失的C末端区域。先前的研究表明，该突变体在生理条件下具有非自然结构。中子散射实验是在与野生型相同的条件下进行的，并观察到从水合水中得出的不一致的中子弹性散射的温度依赖性。与去年测得的野生型结果相比，尽管总体趋势相似，但在160k左右的转移存在略有差异，这表明蛋白质的有序结构对水合水的动力学有一定影响。为了阐明这种差异反映的属性，我们正在继续准备测量中子准循环散射。