水和を考慮した蛋白分子の非天然状態の構造と熱力学

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06680646
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 曽田 邦嗣 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (10011686)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 三木 洋一郎 長岡技術科学大学, 工学部, 助手 (80262476)
• Keywords: 立体構造 / 非天然状態 / 水和 / モルテングロビュル / 疎水効果 / クローン相互作用 / 溶液X線散乱 / 理想気体エントロピー

Research Abstract

球状蛋白質は水溶液中で安定な立体構造を形成し,固有の機能を発現する。またその構造安定性の尺度は,天然(N)状態と変性(D)状態間の自由エネルギー差である。従って,蛋白質の立体構造の設計原理を解明するには,水和を考慮して天然状態と共にDなどの非天然状態の構造と熱力学を研究する必要がある。このような認識に立って我々は以下の研究を進めてきた:
(1)蛋白質を構成する原子団の溶解熱力学:有機液体と水間での分配平衡のデータから蛋白質のN→D転移熱力学量を予測する際に必要な,ユニタリ移相熱力学量を求めるための理論的解析を行った。その結果,溶解過程における理想気体エントロピーは,溶質・溶媒の分子サイズ差に起因するエントロピーと溶質分子の解放に伴うコミュナル・エントロピーの2成分から成ることを明らかにし,これらの評価式を与えた(J. Phys. Soc. Jpn 投稿中)。
(2)溶液X線散乱強度の評価における溶媒効果の取り込み法の開発:非天然状態の構造を予測するために,溶媒効果を取り込んで溶液X線散乱強度を計算するための新手法-表面積分法-を開発した(Biophys. Chem. 投稿中)。
(3)溶液X線散乱シミュレーションによるモルテン・グロビュル(MG)状態の構造解析:平衡中間状態であるMG状態はその構造類似性から折り畳み中間状態の候補として注目されている。この構造モデルである,oligopartiteモデルに基づいて溶液X線散乱強度を計算する手法を開発した。これを,コイル状態のポリペプチド鎖に適用して手法の検定を行なうと共に,分光学的及び溶液X線散乱によってMG状態が検出されている,α-ラクトアルブミン,ミオグロビン,シトクロムcに適用して,ギニエ,クラツキ-及び距離分布関数による解析を行った。その結果,これらの蛋白質のMG状態は,上記モデルで良く記述されることを見い出した(論文執筆中)。

Research Products

• [Publications] K.Soda: "Transfer-Thermodynamic Quantities and the Hydrophobic Effect" J.Phys.Soc.Jpn.63. 814-824 (1994)
• [Publications] 曽田,邦嗣: "タンパク質の構造安定性の熱力学と疎水効果" ぶんせき. 1995. 630-637 (1995)
• [Publications] Y.Miki: "Effect of Charged Residue at the 213th Site of Thermolysin on Enzymatic Activity" J. Mol. Cat., B: Enzymat.