蛋白質の動力学及び折り畳みに伴う動力学の変化に関する実験的及び理論的研究

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09044220
• 研究機関: 奈良先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 片岡 幹雄 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 教授 (30150254)
• 研究分担者: SMITH Jeremy ハイデルベルグ大学, 教授 ; ZACCAI Josep 物質構造科学研究所, 部門長 ; 上久保 裕生 高工研, 物質構造科学研究所, 助手 (20311128) ; 徳永 史生 大阪大学, 大学院理学研究科, 教授 (80025452)
• キーワード: 蛋白質動力学 / 蛋白質折り畳み / 中性子準弾性錯乱 / 中性子非弾性錯乱 / ガラス転移 / ポソンピーク / 基準振動解析 / 分子動力学シミュレーション

研究概要

蛋白質の低温における低エネルギー動力学およびその折り畳みによる変化を中性子準弾性散乱により、Staphylococcal nuclease(SNase)野生型とC末の13残基を欠損したフラグメントを用いて詳細に調べた。フラグメントは折り畳み途上の構造をとっていることが知られている。両者とも、ボソンピークと呼ばれる低エネルギー励起に起因するブロードなピークを与えた。更に、両者のスペクトルは同一であり、低温での低エネルギー動力学には、折り畳まれることによって生じたり失ったりする特異的な運動モードは、現在の装置の分解能の範囲では見出すことができなかった。蛋白質におけるボソンピークの起源を調べるために、ミオグロビン、リゾチーム及びBSAについて同様にスペクトルを測定した。どの蛋白質もボソンピークを与え、特にミオグロビンのスペクトルはSNaseとほとんど一致した。この二つの蛋白質の分子量はほぼ等しい。分子量の大きいBSAでは、ボソンピークの位置が低エネルギー側にシフトしていた。この結果は、ボソンピークの分子量依存性を示唆し、ボソンピークの起源となる低エネルギー励起は二次構造などに局在したものではなく、分子全体に広がっているモードによることが推測される。また、この性質は、蛋白質を含めソフトマターに共通の性質であると考えられる。
蛋白質のガラス転移について、中性子非弾性散乱により詳細に調べた。十分な水和水がある時にのみ、折り畳まれた蛋白質と折り畳まれていないポリペプチドとの間にガラス転移の様相に差が現れることが見出された。また、ガラス転移は、蛋白質の部位により起きる温度が変わることが、重水素ラベルを用いて示された。

研究成果

• [文献書誌] Yoshihisa Hagihara: "Chain-like coonformation of heat-denatured ribonuclease A and cytochrome-c as evidenced by solution X ray seattering" Folding & Design. 3. 195-201 (1998)
• [文献書誌] Jeremy C.Smith: "Motion in native and denatured proteins" Physica B. 241-243. 1110-1114 (1998)
• [文献書誌] Haik Chosrowjan: "Environmental effects on the femtosecond-picosecond fluoresence dynamics of photoactive yellow protein" Journal of Physical Chemisry B. 102. 7695-7698 (1998)
• [文献書誌] Sayuri Nomura: "Ordered structure formaion of bacteriorhodopsin-hDHFR in a plasma membrane" Langmuir. 15. 214-220 (1999)
• [文献書誌] Toshihiko Oka: "Conformational change of helix G in the bacteriorhodopsin photocycle" Biophysical Journal. 76. 1018-1023 (1999)
• [文献書誌] Mikio Kataoka: "Low energy dynamics of glibular protenins studied by inelastic neutron scattering" Journal of Physcal Chemisty of Solid. 印刷中. (1999)
• [文献書誌] Yuji O.Kamatari: "The compact and expanded denatured conformation of apomyoglobin in methanol, water solvent" Protein Science. 印刷中. (1999)
• [文献書誌] Norio Hamada: "The analysis of light-indued conformational change of photoactivie protein" photomedicine and Photobiology. 印刷中. (1999)
• [文献書誌] Martin Weik: "Structure and hydration of the M-state of the bacteriohodopsin mutant D96N studied by neutron diffraction" Journal of molecular Biology. 275. 625-634 (1998)
• [文献書誌] Dimitri Svergun: "Hydration shell in solution:validation by X-ray and neutron scattering" Proceeding of National Academy of Science,U.S.A. 95. 2267-2272 (1998)
• [文献書誌] V.Reat: "Dynamics of different functional parts of bacteriorhodopsin" Proceeding of Acdemy of Science,U.S.A. 95. 4970-4975 (1998)
• [文献書誌] U.Lehnert: "Correlation between thermal motions and functional conformational changes in bacteriorhodopsin" Biophysical Journal. 75. 1945-1952 (1998)
• [文献書誌] Lorenzo Cordone: "Harmonic behaviour of trehalose coated carbon-monoxy-myglobin at high temperature" Biophysical Journal. 印刷中. (1999)
• [文献書誌] S.Hery: "Rigid-body motion and X-ray diffuse scattering in crystalline" Journal of Molecular Biology. 279. 303-318 (1998)
• [文献書誌] A.D.Mackerell: "All-atom empieical proteintial for molecular modeling and dynamics Studies of proteins" Journal of Physical Chemistry B. 102. 3586-3616 (1998)
• [文献書誌] M.C.Bllisent-Funel: "Nanosecond protein dynamics first detection of a neutron" Journal of American Chemical Society. 120. 7347-7348 (1998)
• [文献書誌] R.Daniel: "Enzymatic below the dynamical transition at 220K" Biophsical Journal. 75. 2504-2507 (1998)