α-キチンの固体構造と生合成機構

α-甲壳素的固态结构及生物合成机制

基本信息

批准号：
11J02362
负责人：
小川悠
金额：
$ 1.22万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度までに、高結晶性α-キチンを用いた回折実験により、天然のα-キチンの結晶が現行の構造モデルより対称性が低いことを明らかにした。本年度は固体核磁気共鳴分光法によるα-キチンの固体構造のさらなる解析を試みた。また、もう一つのキチンの結晶形であるβ-キチンについて、その構造と物性の関係性を明らかにするべく、実験と理論計算法を組み合わせた解析を行った。1, α-キチンの結晶構造 : 結晶中の非対称単位に含まれるGlcNAc残基数を明らかにするべく、固体NMR法による解析を行った。ハプト藻由来の高結晶性α-キチンより得られたスペクトルは従来の甲殻類キチンよりピークの分離がよく、各炭素につき少なくとも3つのピークが存在することが明らかとなった。このことは、これまでに繊維回折実験から得られた知見と矛盾せず、天然のα-キチンがより対称性の低い複雑な結晶構造を有していることが示された。一方、対照用に用いた溶解、再生を経たα-キチンでは、各炭素について全て単一のピークが観測された。これまで再生キチンの結晶形は天然のα-キチンと同一の結晶形であると考えられてきたが、実際には天然のものより対称性の高い結晶形であることが明らかとなった。2, β-キチンの物性解析 : β-キチンの弾性変形挙動を、実験と理論計算によって解析した。まず、軸力下での広角X線回折測定により、繊維軸(c軸)方向の結晶弾性率(E1=73.0 GPa)、および横断面(ab面)内でのPoisson比の異方性を明らかにした。次に、量子化学計算によるβ-キチンの弾性変形挙動の再現を試みた。c軸長を変化させながらエネルギー最適化計算を行ったところ、結晶は弾性体としての挙動を示したが、実験値よりも結晶が剛直に見積もられることが明らかとなった。これは計算中では非結合方向の相互作用が実際より過大であることを示唆しており、物性の詳細な理解のためには相互作用のより正確な見積もりが必要となろう。

直到去年，使用高度晶体α-琴蛋白的衍射实验表明，天然α-胆素晶体比当前的结构模型不太对称。今年，我们试图通过固态核磁共振光谱进一步分析α-吉他蛋白的固体结构。此外，为了阐明β-吉他蛋白的结构和物理特性（另一种结晶蛋白的结构和物理特性之间的关系），我们进行了一项结合实验和理论计算方法的分析。 1，α-胆碱的晶体结构：阐明晶体中不对称单元中包含的GlcNAC残基的数量，进行了固态NMR分析。从高度结晶的α-壳素获得的光谱比传统的甲壳类差异比峰的分离更好，并且发现每种碳至少存在三个峰。这与从先前的纤维衍射实验获得的发现是一致的，表明天然α-胆素具有复杂的晶体结构，对称性较少。另一方面，在经历用于对照的溶解和再生的α-胆素中，所有碳均观察到一个峰。到目前为止，人们一直认为再生几丁质的晶体形式与天然α-壳素相同，但已经揭示出它实际上是一种晶体形式，其对称性高于天然。 2，通过实验和理论计算分析了β-金蛋白的物理特性分析：β-胆素的弹性变形行为。首先，轴向力下的广角X射线衍射测量结果揭示了纤维轴（C轴）方向的晶体弹性模量（E1 = 73.0 GPA）和横截面（AB平面）内泊松比的各向异性。接下来，我们试图通过量子化学计算来重现β-金蛋白的弹性变形行为。在更改C轴长度时进行了能量优化计算，尽管晶体表现为弹性物体，但据显示，晶体比实验值更严格地估计。这表明，在计算过程中，在未耦合方向上的相互作用比它们更重要，并且需要对相互作用进行更准确的估计，以详细了解物理特性。