強磁場下でのタンパク質結晶周囲の濃度場観察

强磁场下蛋白质晶体周围浓度场的观察

• 批准号: 12750006
• 负责人: 佐崎 元
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12750006/
• 关键词: タンパク質; 結晶; 磁場; 高圧力; 濃度場; リゾチーム; 結晶成長; 対流; 光干渉法

1)ラウエ・トポグラフ法によるタンパク質単結晶の品質評価高輝度光科学研究センターのビームラインBL28B2において、タンパク質単結晶を白色X線トポグラフ観察することにより、結晶の品質を評価できるかどうか試みた。その結果、(1)結晶中の「格子欠陥の分布」を観察するには、タンパク質結晶の品質が悪すぎて困難であることがわかった。また、(2)トポグラフ像のエッジの広がりからタンパク質結晶の「モザイシティ」を評価するには、データの誤差が大きすぎて困難であることがわかった。しかしながら、3)トポグラフ像と結晶の外形を比較することにより、タンパク質結晶にかかっている「歪み」は本手法でうまく評価できることがわかった。(2)タンパク質単結晶の品質に及ぼす不純物の影響生化学工業(株)製の6回再結晶リゾチーム標品(純度99%)を用いて、沈殿剤濃度を一定とし、タンパク質濃度を種々に変えて結晶化を行った。得られた結晶の回折データをリガク製R-AXIS-IVを用いて収集したところ、過飽和度(C/Ce ; C : リゾチーム濃度、Ce : 溶解度)がより小さい方が結晶の品質が悪いことがわかった。99.99%に生成したリゾチームを用いると過飽和度がより小さな方が結晶の品質が向上すること、および低過飽和度で育成した結晶中には成長セクターバウンダリーが観察されたことより、99%のタンパク質試料を用いても、過飽和度が低下すると不純物が結晶表面に付着し、結晶の品質が低下することがわかった。3)タンパク質単結晶の品質に及ぼす強磁場の影響強磁場下で結晶の品質が向上する理由の一つとして、磁場によってタンパク質分子の三次元構造が変化した可能性が挙げられる。そこで、本可能性を検証するために、強磁場下で使用可能な分光光度計を自作し、これまでに磁場によって活性が変化するとの報告があるGlu脱水素酵素、およびその類自体であるAla、 Phe、 L-Pro、リンゴ酸、アルコール、スレオニン、ペルオキシダーゼの各脱水素酵素について、強磁場中で酵素活性をその場測定した。その結果、全ての酵素タンパク質について活性に磁場効果は見られなかった。このことより、強磁場は溶液中のタンパク質の三次元構造には変化を及ぼさないことがわかった。4)タンパク質の結晶化に及ぼす高圧力の影響これまでに、グルコース・イソメラーゼの結晶化が、高圧力下(2000気圧)では顕著に促進されることが報告されていた。そこで、その原因が溶解度および核形成・成長カイネティクスのどちらにあるのか明らかにするために、1000気圧の高圧力下で光干渉法を用いてグルコース・イソメラーゼの溶解度を測定した。その結果、1000気圧に加圧することで、溶解度が約1/10に減少することがわかった。したがって、加圧による結晶化の促進には、溶解度の減少に伴う過飽和度の増加が大きな役割を果たしていることが明らかになった。

1) High brightness optical science research base on BL28B2, high brightness optical science research base on BL28B2. The results are as follows: (1) It is difficult to observe the "lattice defect distribution" in the crystal and the quality of the crystal. (2) The quality of the crystal structure of the "" evaluation, the error of the image is large, the difficulty is difficult. 3) Comparison of crystal appearance and quality of crystal (2)6-cycle recrystallized standard (purity 99%) prepared by Biochemistry Industries Co., Ltd., the concentration of the solvent should be constant, the concentration of the impurity should be constant, and the crystallization should be performed. R-AXIS-IV is used to measure the concentration and supersaturation (C/Ce ; C : concentration, Ce : solubility) of the crystals. 99.99% of the samples were produced, the supersaturation was low, the quality of the crystals was high, the supersaturation was low, the quality of the crystals was low, the impurities were high, the quality of the crystals was low. 3) The quality of crystal and the influence of strong magnetic field The reason why the quality of crystal increases under strong magnetic field is that the three-dimensional structure of crystal molecule changes under strong magnetic field. The activity of Glu dehydrase, Ala, Phe, L-Pro, Glu acid, Glu protein, Glu protein, Glu protein, The result of the experiment is that the enzyme activity of the whole enzyme is reduced. The strong magnetic field in the solution of the three dimensional structure of the material 4) Crystallization and high pressure effects of high pressure on the crystallization of fine particles and high pressure (2000) The reason for this is that the solubility is determined by the optical drying method at 1000 gas and high pressure. Results: 1000 pressure increase, solubility decrease by about 1/10 The crystallization is promoted by increasing the pressure, and the solubility is reduced, and the supersaturation is increased.

项目成果

T.Sato,et al.: "Enhancement in lysozyme crystal perfection under high magnetic field"Acta Crystallographica. D56. 1079-1083 (2000)

T.Sato 等人：“高磁场下溶菌酶晶体完整性的增强”《晶体学报》。

H.Hondoh, et al.: "Macrobond analysis of the macro-and micro-morphology of monoclinic lysozyme crystals"Crystal Growth and Design. 1. 327-332 (2001)

H.Hondoh 等人：“单斜溶菌酶晶体宏观和微观形态的宏观结合分析”晶体生长和设计。

S.Yanagiya,et al.: "Effects of a magntetic field on the growth rate of tetragonal lysozyme crystals"Journal of Crystal Growth. 208. 645-650 (2000)

S.Yanagiya 等人：“磁场对四方溶菌酶晶体生长速率的影响”晶体生长杂志。

G.Sazaki, et al.: ""Effects of a magnetic field on the crystallization of protein", K.Watanabe and M.Motokawa(Eds.), Materials Science in Static High Magnetic Fields"Springer. 283-300 (2002)

G.Sazaki 等人：“磁场对蛋白质结晶的影响”，K.Watanabe 和 M.Motokawa（编辑），静态高磁场中的材料科学”Springer。

佐崎 元: ""第4章1節 タンパク質", 佐藤清隆(ed.), モノグラフ:結晶成長のダイナミクス;第5巻 溶液成長のメカニズム"共立出版(8月発刊予定). (2002)

Hajime Sasaki：“第 4 章第 1 节蛋白质”，Kiyotaka Sato（编），专着：晶体生长动力学；第 5 卷溶液生长机制，Kyoritsu Shuppan（预定于 8 月出版）。