圧力効果を利用した蛋白質の折り畳み機構における水分子ダイナミクスの直接観察

利用压力效应直接观察蛋白质折叠机制中的水分子动力学

基本信息

批准号：
05J09383
负责人：
木村哲就
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2007
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05J09383/
关键词：
蛋白質折り畳みフォールディング圧力電子移動遷移状態

项目摘要

生合成された蛋白質が構造を形成する「折り畳み」過程において、水分子の蛋白質鎖からの排出(脱水和)というダイナミクスが遷移状態の形成および遷移状態からの天然状態へ構造変化をする際に重要な働きをすることが計算機実験や速度論的実験から推測されている。しかし、水分子を分光学的に捉えることは非常に困難であり、脱水和の実験的証拠というのは限られてきた。平成17年度には、蛋白質の水和状態が部分モル体積に反映されることに着目し、反応速度の圧力依存性から得られる活性化体積を元に、折り畳み遷移状態が形成される際の脱水和をより直接的に検討できないか試みた。種々の圧力下での折り畳み反応追跡するために、光応答性還元剤であるNADHから酸化型チトクロムc`への電子移動反応を折り畳み反応のトリガーとして利用し、還元型チトクロムcの折り畳み反応を3.2〜4.0Mグアニジン塩酸塩存在下、1〜2000barの圧力下で追跡しました。その結果、グアニジン塩酸塩非存在下、常圧下における活性化体積は-14±8cm^3・mol^<-1>と求められた。この負の体積変化は疎水性基からの脱水和を直接的に示す実験結果である。本年度は、カリフォルニア工科大学へ渡航し、異なる形を持つ蛋白質について、常圧下での測定を行った。その結果、折り畳み過程における蛋白質の構造は単一なものではなく、複数の経路を通って折り畳むことが明らかとなった。また、異なる部分は異なる時間スケールをもって最終的な構造を形成していくことがわかった。この際、水分子が排出されすぎてしまうと、効率的な折り畳みができなくなると考えられた。

在生物合成蛋白质形成结构的“折叠”过程中，水分子从蛋白质链中排出（脱水）的动力学对于过渡态的形成以及从过渡态到自然态的结构变化非常重要。从计算机实验和动力学实验推断，它的作用方式类似。然而，用光谱法捕获水分子极其困难，脱水的实验证据也很有限。 2005年，我们关注蛋白质的水合状态反映在部分摩尔体积中的事实，并基于从反应速率的压力依赖性获得的活化体积，我们研究了折叠过渡状态形成过程中的脱水。我试图更直接地审视和谐。为了追踪不同压力下的折叠反应，我们使用光响应还原剂 NADH 到氧化细胞色素 c 的电子转移反应作为折叠反应的触发因素。 3.2 在存在 1-2000 bar 的压力下进行追踪~4.0 M 盐酸胍。结果，确定在不存在盐酸胍且常压下的活化体积为-14±8cm ^ 3·mol ^ -1 。这种负体积变化是直接表明疏水基团脱水的实验结果。今年，他前往加州理工学院，测量常压下不同形状的蛋白质。结果表明，折叠过程中的蛋白质结构不是单一的，而是通过多种途径折叠的。研究还发现，不同的部分需要不同的时间尺度来形成最终的结构。此时，人们认为，如果排出太多的水分子，就不再可能进行有效的折叠。