2013 Fiscal Year Research-status Report
集団ダイナミクスと液体構造解析によるタンパク質水和水の液体-液体相転移の研究
| Project/Area Number |
25390130
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
|
| Research Institution | Fukuoka University |
|---|
Principal Investigator |
吉田 亨次 福岡大学, 理学部, 助教 (00309890)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
|
| Keywords | タンパク質 / 水和 / Ｘ線回折 / 中性子散乱 |
|---|
| Research Abstract |
室温から180Kまでにおいて水和タンパク質の熱的挙動ならびに水和構造を調べた。タンパク質粉末（リゾチーム、ウシ血清アルブミン、β-ラクトグロブリン、ミオグロビン）およびポリペプチド粉末(ポリグリシン、ポリアラニン、ポリリシン)に水を吸着した試料を調製した。電解質飽和水溶液の飽和蒸気圧下に乾燥タンパク質粉末を放置する方法と乾燥タンパク質粉末に水を滴下し、密封状態で保持する方法の二種類の方法で水吸着試料を調製した。水和タンパク質の水和率(乾燥タンパク質1g に対する水のg 数)は0から0.8に調整した。
これら水和タンパク質試料について、室温から180Kまでの示差走査熱量測定を行った。水和率が0.4以下では凍結水に起因するピークは見られなかった。一方、0.4を超える水和率の試料では、0.4を超える分の水和水が凍結することがわかった。タンパク質分子を一層分の水分子が過不足なく覆う水和率はタンパク質の種類によらず約0.4であり、以上の結果からタンパク質の第一層水和水は不凍水であることが明らかになった。
次に、水和率が約0.4の水和タンパク質粉末のX 線回折を行った。福岡大学に既設のイメージングプレート型迅速溶液Ｘ線回折装置を用いた。水和タンパク質では、乾燥状態では観られない3Å付近、5Å付近、7.8Å付近のピークが現れた。これらは水和水の構造を反映しており、それぞれ水の第１、第2および第3配位圏にある水分子に相当していると考えられる。温度が低下すると、5Å付近のピークは大きくなり、7.8Å付近のピークはやや短距離側に移動した。このことはタンパク質水和水のネットワーク構造が低温で強化されることを示唆している。一方、平成２６年度以降の計画であった、不凍タンパク質の集団ダイナミクスの研究を行った。220K付近の温度を境に集団ダイナミクスの変化が示唆された。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成２５年度に生じたJ-PARCハドロン実験施設における放射性物質漏えい事故の影響により中性子散乱のビームタイムが確保できなかった。平成２６年度にJ-PARCに設置されているNOVA分光器を使用して中性子散乱を実施する予定である。一方、平成２６年度以降の計画であった、不凍タンパク質の集団ダイナミクスの研究を前倒しで行った。
|
| Strategy for Future Research Activity |
J-PARCに設置されているNOVA分光器を用いて、水和タンパク質の中性子回折測定を行う。NOVA は軽水素を含んだ液体の中性子回折測定に最適に設計された分光器である。水和率を0.37に調整し、水和タンパク質試料を作製する。これは、タンパク質分子を一層分の水分子が過不足なく覆い、タンパク質が機能を発揮し始める組成である。中性子回折では重水を用い、水和水の原子間相関に重みがかかった構造情報を得る。温度は室温～180Kである。乾燥タンパク質の測定も行い、これを水和試料の散乱から差し引くことにより、水和水の情報を取り出す。さらに、水和タンパク質の中性子ブリルアン散乱の測定も行い、構造と結びついた集団ダイナミクスの観測を行う。
平成２５年度に実験的に得られた動径分布関数のより正確な帰属のため、同一の系で分子動力学法シミュレーションを行う。タンパク質の座標はProtein Data Bank に登録されているNMR や結晶構造解析結果から採用する。水和水の動径分布関数や水分子配置の幾何的パラメータなどを計算して、実験値と比較する。以上より、水和タンパク質のより詳細な水和構造を明らかにする。
|
| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
平成25年度に生じたJ-PARCハドロン実験施設における放射性物質漏えい事故の影響により中性子散乱ビームタイムが確保できなかった。そのため、水和タンパク質の中性子回折測定を行うことができなかった。
J-PARCに設置されているNOVA分光器を用いて、水和タンパク質の中性子回折測定を行う。NOVA は軽水素を含んだ液体の中性子回折測定に最適に設計された分光器である。中性子回折では重水を用い、水和水の原子間相関に重みがかかった構造情報を得る。乾燥タンパク質の測定も行い、これを水和試料の散乱から差し引くことにより、水和水の情報を取り出す。
|
