蛋白質表面に分布する水和水クラスターのダイナミクス

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14740248
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 上久保 裕生 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 助手 (20311128)
• Keywords: 水和水 / ダイナミクス / 中性子散乱 / 蛋白質

Research Abstract

近年、低温X線結晶構造解析等の結果から、蛋白質表面は数枚の水和水クラスターによって覆われていることが明らかとなり、それらの水和水クラスターの蛋白質機能に対する役割が注目されている。本申請研究では、この水和水クラスターに注目し、非干渉性中性子散乱測定法を用いて"水和水クラスターの動力学的性質"、さらには、"水和水クラスターの動力学的性質と蛋白質機能との関係"を明らかにすることを目的としている。蛋白質分子は200K付近でガラス転移に類似した動力学的転移が観測される。転移後の蛋白質分子はエネルギーランドスケープ内のLocal minimum間で非調和的な転移が起きていると考えられており、この転移が機能と密接に関係していることが示唆されている。
昨年度は、野生型Staphylococcal nucleaseを試料として、重水水和試料と軽水水和試料の比較から水和水由来の動力学転移の観測を試みた。水由来の中性子散乱の寄与は全体の20%程度を占めており、十分観測可能であることが明らかになった。
本年度は、規則構造を持つ蛋白質の表面に存在する水和水と構造が壊れた状態にある蛋白質の表面にある水和水の動力学的な性質の違いを明らかにすることを目的として、変異体Staphylococcal nucleaseに対して実験を行った。用いた変異体は、野生型Staphylococcal nucleaseからC末端領域を一部欠損したものを用いた。これまでの研究から、この変異体では生理条件下で非天然構造をとっていることがわかっている。中性子散乱実験は野生型の際と同様の条件で行い、水和水由来の非干渉性中性子弾性散乱の温度依存性を観測した。昨年度測定した野生型の結果と比較すると、全体の傾向は類似しているものの160K前後で見られる転移にわずかながら違いが見られ、蛋白質の規則構造が水和水の動力学に対し何らかの影響を与えていることが示唆された。引き続き、この違いがいかなる性質を反映しているのか明らかにすべく、中性子準弾性散乱の測定を行う準備を進めている。

Research Products

• [Publications] H.Nakagawa, H.Kamikubo, I.Tsukushi, T.Kanaya, M.Kataoka: "Protein Dynamical Heterogeneity Derived from Neutron Incoherent Elastic Scattering."J.Phys.Soc.Jpn.. 73. 491-495 (2004)
• [Publications] E.Mano, H.Kamikubo, Y.Imamoto, M.Kataoka: "Comparison of the photochemical reaction of photoactive yellow protein in crystal with reaction in solution."Spectroscopy. 17. 345-353 (2003)
• [Publications] M.Kataoka, H.Kamikubo, H.Nakagawa, S.F.Parker, J.C.Smith: "Neutron inelastic scattering as a high-resolution vibrational spectroscopy : New tool for the study of protein dynamics"Spectroscopy. 17. 529-535 (2003)