2020 Fiscal Year Annual Research Report
Spectroscopic Study on Protein Functionally-Relevant Modes Excited by Dynamics of Hydration Water
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18K03559
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| Research Institution | Jichi Medical University |
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Principal Investigator |
山本 直樹 自治医科大学, 医学部, 助教 (90580671)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
富永 圭介 神戸大学, 分子フォトサイエンス研究センター, 教授 (30202203)
中西 真大 福岡工業大学, 工学部, 助教 (00707763)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | タンパク質ダイナミクス / 水和水 / 広帯域誘電分光 / 中性子散乱 / タンパク質機能活性化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度に引き続き、500MHz-1.8THzの複素誘電率スペクトルの解析を行い、GHzとTHz領域の間、いわゆるサブTHz領域に存在するスペクトル成分の抽出を試みた。先行研究では、GHzには水和水とタンパク質のダイナミクスがカップルした大きな緩和成分、そしてTHz領域にはタンパク質および水和水の振動成分が存在することが示されているが、今回の解析により、これら既存の成分に加え、サブTHz領域に2つの緩和成分を導入するとスペクトルの形状を良く再現することができることが分かった。これらの成分は、GHz領域に存在する緩和成分が温度上昇に伴いサブTHz領域に侵入するのに伴って出現したことから、GHz領域の大きな緩和成分によって活性化されるような成分ではないかと推測した。また、これらの成分が緩和成分に特徴的な緩和時間の温度依存性を顕著に示さなかったことより、振動成分の要素も含まれるような成分であることが示唆された。タンパク質機能は温度上昇により活性化することを考慮に入れると、これらのスペクトル成分はタンパク質機能に必要な、タンパク質構造を大きく揺らすようなダイナミクスではないかと推察される。
また本研究では、タンパク質のダイナミクスをより直接的に観測するために、中性子散乱を用いた相補的な実験も行った。重水素で水和したタンパク質を用いることにより、タンパク質に由来するダイナミクスのみを選択的に観測することができる。J-PARCのAMATERASを用いて、およそ10GHz以上の周波数に対応するタンパク質のダイナミクスを水和量依存的に評価した。その結果、タンパク質表面と強く結合して凍らない水和水がタンパク質ダイナミクス活性化に重要な役割を果たす一方、比較的弱くしか相互作用していない、凍る水和水はダイナミクス活性化にそこまで影響を及ぼさないという結論を得た。
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