タンパク質を構成するモジュ-ルの構造と機能

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 63480515
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 郷 通子 名古屋大学, 理学部, 教授 (70037290)
• 研究分担者: 柳川 弘志 三菱化成, 生命科学研究所, 主任研究員
• キーワード: タンパク質 / モジュ-ル / バルネ-ス / ペプチド合成 / モジュ-ルの2次構造 / 水素結合ネットワ-ク / 疎水結合 / タンパク質の進化

研究概要

球状タンパク質はコンパクトなモジュ-ル構造の組み合わせであり、モジュ-ルは遺伝子のエクソンとよく対応している。これらの事実は、遺伝子におけるエクソンのかき混ぜは、タンパク質レベルではモジュ-ルのかき混ぜであり、モジュ-ルはタンパク質の構造単位であると同時に、原始タンパク質の素材でもあった可能性を示唆している。この可能性を実証するために、モジュ-ル自体が単独でとり得る構造と、それが持ち帰る機能を明らかにすることを目的に、モジュ-ルの化学合成、構造の実験的測定およびコンピュ-タによる解析を行った。昭和63年度に Barnaseのモジュ-ルの同定と化学合成を行った。今年度得られた成果は次の通りである。
(1)溶媒条件を変えて、Barnaseのモジュ-ルが単独でも安定な二次構造をとることができるかどうか、CDの測定から明らかにした。その結果、モジュ-ルM1とM2は親油性溶媒では安定なαヘリックスを形成することが分かった。水溶液中ではモジュ-ルM5がβシ-ト構造を形成した。モジュ-ルM2のαヘリックスを形成するアミノ酸残基を、NMRとdistance geometry法を用いて同定した。
(2)コンピ-タによりBarnaseのモジュ-ルを安定化する原子間力を解析した。主な水素結合はモジュ-ル内部で結ばれており、異なるモジュ-ルの間には極くわずかしか観察されなかった。この事実から、モジュ-ルのコンパクトネスを決める力として、水素結合ネットワ-クの重要性が明らかになった。また、疎水結合はおもにモジュ-ル構造内部に多く見られたが、異なるモジュ-ル間にも観察された。モジュ-ル内部の疎水結合は、単独のモジュ-ルが溶液中で示す二次構造の安定性に寄与することが、実験結果と疎水性相互作用の数値的解析との比較から示された。

研究成果

• [文献書誌] E.Yanagawa: "Syntheisis of Polypeptides by Microwave Heating I.Formation of Polypeptides during Repeated Hydration Dehydration Cycles and Their Chracterization." J.Mol.Evol.(1990)
• [文献書誌] M.Ito: "Syntheisis of Polypeptides by Microwave Heating II.Function of Polypeptides Synthesized during Repeated Hydration-Dehydration Cycles." J.Mol.Evol.(1990)
• [文献書誌] M.Go: "Protein modules have stable secondary structures in solution"
• [文献書誌] T.Noguti: "Hydrogen-bond network within and between modules in barnase."
• [文献書誌] T.Ikura: "Three-dimensional structure of modules,M2 and M3,of barnase in solution by NMR experiment and distance geometry calculation"
• [文献書誌] M.Nosaka: "Module Organization in Adenylate Kinase"
• [文献書誌] 郷通子(分担執筆)日本物理学会編: "生物物理のフロンティア-蛋白質/筋収縮/脳・神経(分担執筆:蛋白質の進化と立体構造 P74-96)" 培風館, 291 (1989)
• [文献書誌] 郷通子(分担執筆)日本物理学会編: "シリ-ズ分子生物学の進歩3 蛋白質の機能・構造(分担執筆:第11章蛋白質のモジュ-ル構造 P243-260)" 丸善, 282 (1990)