集光性複合体と光合成反応中心の複合体の構造解析と回折能の改善方法の確立

• Project/Area Number: 13033011
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 佐藤 孝雄 東京工業大学, 大学院・生命理工学研究科, 助手 (80243731)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田中 信夫 東京工業大学, 大学院・生命理工学研究科, 教授 (50032024)
• Project Period (FY): 2001 – 2002
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2002)
• Budget Amount: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 2002: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2001: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: 蛋白質 / X線 / 微小重力 / 回折実験 / 品質管理システム / 強磁場 / 過飽和度 / 回折能の改善 / 回折物性

Research Abstract

タンパク質結晶の回折能を改善するために、カチオンやアニオンの影響、つまり、各イオン種によるタンパク質への凝集力の差を利用した。放射光施設において2Å分解能で、好塩菌由来カタラーゼ-ペルオキシダーゼの構造解析に成功した。また、放射光のX線ビームの低発散角を活用し、強磁場下で結晶化させた卵白リゾチームの結晶性が向上することを調べた。さらに、仕込みタンパク質濃度を変えて結晶化したところ、各々過飽和度で結晶の回折能を制御できることも分かった。タンパク質結晶の最大分解能、回折強度のS/N比、モザイク測定といった回折物性研究に、放射光X線とファインスライシング法による測定法の組合せが特に有用であることも確かめた。実験モデルとして、好熱菌由来のV1-ATPaseとMg-ADP複合体の結晶学的研究にも着手した。紅色無硫黄細菌Blastochloris viridis由来の光合成反応中心-アンテナ複合体1(RC-LH1 complex)は、光エネルギーを電気化学ポテンシャルに変換する光合成の初期段階を担うRCと、RCと化学量論的に結合し、光エネルギーを吸収しRCに伝達する集光性複合体(LH1-complex)からなっている。本研究は、RC-LH1 complexの原子レベルでの構造を明らかにし、光エネルギーの移動の機構を解明するため、X線結晶構造解析に適した3次元結晶の作成を試みた。蒸気拡散法とバッチ法によって、RC-LH1複合体の結晶化実験を行った。PEGと塩を組み合わせた数条件において、板状の結晶を析出した。その中で、放射光施設においてX線回折実験を行った。最大分解能約15Åの回折パターンを得た。結晶は正方晶系(ラウエ群4/m)に属し、a=b=約160Å、c=約120Åと判定できた。電顕像などを考慮すると、非対称単位中には1分子のRC-LH1 complexが存在する。しかし、結晶構造解析を進めるには、引き続いて結晶化条件等の最適化、再検索を行っていく。

Research Products

• [Publications] 佐崎元等: "タンパク質の結晶化:磁場による高品質結晶の育成"金属学会誌まてりあ. 41. 481-488 (2002)
• [Publications] Yoshizaki, I., et al.: "Systematic analysis of the effect of supersaturation on protein crystal quality"Journal of Crystal Growth. 237-239. 295-299 (2002)
• [Publications] Yamada Y., et al.: "The 2.0 A crystal structure of catalase-peroxidase from Haloarcula marismortui"Nat Struct Biol. 9-9. 691-695 (2002)
• [Publications] Ishii, N., et al.: "Crystallization and Preliminary X-ray Studies of V1-ATPase of thermos Thermophilus HB8 Complexed with Mg-ADP"J.Struct.Biol.. 134. 88-92 (2001)
• [Publications] Sato, T., et al.: "Improvement in diffraction maxima in orthorhombic HEWL crystal grown under high magnetic field"Journal of Crystal Growth. 232. 229-236 (2001)
• [Publications] Yamada Y., et al.: "Crystallization and Preliminary X-ray analysis of catalase-peroxidase from the halophilic archaeon Haloarcula marismortui"Acta Cryst.. D57. 1157-1158 (2001)
• [Publications] Yamada, Y., Saijo, S., Sato, T., Igarashi, N., Usui, H., Fujiwara, T., Tanaka, N.: "Crystallization and preliminary X-ray analysis of catalase-peroxidase from the halophilic archaeon Haloarcula marismortui"Acta Cryst.. D57. 1157-1158 (2001)
• [Publications] Ishii, N., Saijo, S., Sato, T., Tanaka, N., Harata, K.: "Crystallization and Preliminary X-ray Studies of V1-ATPase of thermos Thermophilus HB8 Complexed with Mg-ADP"J.Struct.Biol.. 134. 88-92 (2001)
• [Publications] Takao Sato, Yusuke Yamada, Shinya Saijo, Nobuo Tanaka, Gen Sazaki: "Improvement in diffraction maxima in orthorhombic HEWL crystal grown under high magnetic field"Journal of Crystal Growth. 232. 229-236 (2001)
• [Publications] Yoshizaki, I., Sato.T., Igarashi, N., Tanaka, N., Komatsu, H., Yoda, S.: "Systematic analysis of supersaturation and lysozyme crystal quality"Acta Crist.. D57. 1621-1629 (2001)