Molecular mechanism of extreme environmental resistance revealed from structural properties of proteins embedded in sugar glass

糖玻璃中蛋白质的结构特性揭示了耐极端环境的分子机制

• 批准号: 20K03878
• 负责人: 平井 光博
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Gunma University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K03878/
• 关键词: 糖; 水和; ガラス; 動力学転移; 極限環境耐性; 食品保存; ガラス転移; 蛋白質; 中性子散; 放射光X線散乱; 中性子散乱; 極限環境; 分子混雑; 糖ガラス; タンパク質

本研究は，生物の極限環境耐性や細胞保存・食品保存などで使用される糖のガラス化状態におけるタンパク質の構造特性を明らかにする目的で実施している。研究代表者らは，20%以下の比較的低濃度の糖溶液中では，糖分子のタンパク質の表面から選択的排除により，タンパク質周囲の高密度の水和領域が保存されるため，化学変性，熱変性条件においてもタンパク質の構造安定性が保たれること（変性温度，濃度の上昇），凝集を伴うアミロイド構造転移においては，糖の添加により，変性中間体からNative構造へれホールディングが飽きることなどを既に見出しているため，本研究では，含水率が極めて低い高濃度溶液，ラバー状態，ガラス化状態に含有されたタンパク質の構造を対象として系統的な実験を実施した。その結果，今までに次のような結果を得ている。（１）0.05 ～ 0.65 g/mL の濃度範囲の各種糖溶液（グルコース、フルクトース、マンノース、スクロース、トレハロース）の構造特性を検討した結果，低濃度では第二ビリアル係数は、すべての糖で反発的な分子間相互作用存在するにも関わらず，高濃度ではいずれの糖でも短距離分子間相関が現れることがわかった。特に，トレハロースはより無秩序な配置、すなわちかさばる配置を好むことを見出した。（２）さらに高濃度（低含水率）にすると，濃厚溶液状態からラバー状態を経て無秩序なガラス状態に転移する。この転移はトレハロースが最も顕著である。（３）含水率15%以下の非流動状態（ラバー•ガラス状態）に閉じ込められた各種の球状タンパク質は，よりコンパクトなnative様の構造を保持する。

This study aims to clarify the structural characteristics of sugar in the process of limiting environmental tolerance of organisms, cell preservation, food preservation, and use. The representative of the research team pointed out that in the sugar solution with a relatively low concentration of less than 20%, the sugar molecule's quality and surface selection were eliminated, the quality of the high density water and the field were preserved, the chemical and thermal properties were changed, and the structural stability of the quality was preserved.(temperature, concentration), aggregation accompanied by structural shift, sugar addition, heterogeneous intermediate, Native structural shift, saturation, etc. In this study, water content was extremely low, high concentration solution, high concentration state, high temperature state, high temperature state, high The result of this is that the result of this is the result of this. (1) The structural properties of various sugar solutions (sugar, sugar) in the concentration range of 0.05 to 0.65 g/mL were investigated. As a result, the second molecular coefficient was found at low concentrations, and the molecular interaction of sugar was found at high concentrations. In particular, there is no order to configure, and the configuration is good. (2) In case of high concentration (low water content), the state of dense solution changes from a state of disorder to a state of disorder. The most important thing is to change your mind. (3) In the non-flowing state with a water content of 15% or less, the structure of various spherical particles is maintained.

项目成果

磁気受容蛋白質候補ISCA1のSAXS解析

磁感受器候选蛋白 ISCA1 的 SAXS 分析

• 发表时间: 2021
• 作者: 新井栄揮;清水瑠美;安達基泰;味戸聡志;平井光博
• 通讯作者: 平井光博

Study of Protein Hydration via Neutron Scattering

通过中子散射研究蛋白质水合

• DOI: 10.20585/cryobolcryotechnol.66.2_83
• 发表时间: 2020
• 期刊: Cryobiology and Cryotechnology
• 作者: 中川 洋;味戸 聡志
• 通讯作者: 味戸 聡志

蛋白質の階層構造ダイナミクスの解明

阐明蛋白质的层次结构动力学

• 发表时间: 2023
• 作者: BANERJEE Dipanwita;建石寿枝;大山達也;GHOSH Saptarshi;遠藤玉樹;高橋俊太郎;杉本直己;中川洋
• 通讯作者: 中川洋

磁気受容蛋白質第二候補ISCA1の分子挙動

第二个磁感受器候选蛋白 ISCA1 的分子行为

• 发表时间: 2020
• 作者: 新井 栄揮 ;清水 瑠美 ;安達 基泰 ;味戸 聡志;平井 光博
• 通讯作者: 平井 光博

Quartz Cell for a Backscattering Spectrometer

用于背散射光谱仪的石英池

• 发表时间: 2020
• 期刊: the Proceedings of the 3rd J-PARC Symposium (J-PARC2019)
• 作者: Taiki. Tominaga;Yukinobu. Kawakita;Hiroshi. Nakagawa;Takeshi. Yamada;and Kaoru. Shibata
• 通讯作者: and Kaoru. Shibata