Anomalous change of diffusion coefficient of protein and reconsideration for meaning of hydrodynamic radius

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H01863
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13040:Biophysics, chemical physics and soft matter physics-related
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: Akiyama Ryo 九州大学, 理学研究院, 准教授 (60363347)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 寺嶋 正秀 京都大学, 理学研究科, 教授 (00188674) ; 徳永 健 工学院大学, 教育推進機構(公私立大学の部局等), 教授 (30467873) ; 吉森 明 新潟大学, 自然科学系, 教授 (90260588)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 拡散係数 / タンパク質 / 流体力学効果 / 構造変化 / 溶媒和変化 / 分子シミュレーション / 統計物理学 / 分光実験

Outline of Final Research Achievements

The simplified Yeh-Hummer method has been used to estimate the diffusion coefficient for a protein immersed in an infinite-size system. Our simulation results show that the approach is insufficient, and revisiting the Yeh-Hummer method without simplification is important. We discussed the deviation caused by the effect of the solvent viscosity change between the macromolecules. I published it. Furthermore, we have proposed a method to decompose the contribution of each molecule of the macromolecules to the diffusion coefficient. This method will explain the large change in diffusion coefficient obtained experimentally. Experimental results were also accumulated and published. In addition, new anomalies were found in molecular size and molecular weight dependencies for some simplified systems. We will prepare the papers on these issues.

Free Research Field

化学物理、生物物理、ソフトマターの物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまで、分子サイズ決定法として利用されてきたアインシュタインーストークスの関係であるが、これがうまく成り立つ範囲はある程度限られることが示されつつある。また、その破れの原因についての解明が進みつつある。一方で、溶質分子が液体に対して感じる摩擦を、溶質分子の各原子毎に分割する方法の開発が進み、実験で蓄積されつつあるタンパク質診断法としての拡散係数の測定が結びつきつつある。これらの結果から、発色団を持たないなど診断が難しかったタンパク質の診断方法が進むことが期待され、生理活性との関係の理解が進むことが期待できる。