蛋白質内水素結合ネットワークの直接観測

直接观察蛋白质内氢键网络

• 批准号: 20050020
• 负责人: 片岡 幹雄
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Nara Institute of Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20050020/
• 关键词: イェロープロテイン; 低障壁水素結合; 高分解能中性子構造解析; X線結晶構造解析; 短距離水素結合; 光受容蛋白質; 蛋白質結晶化

水溶性光受容蛋白質であるイェロープロテイン(PYP)は、発色団に吸収された光情報が蛋白質部分に伝えられ、最終的にはN端のヘリックスを含むドメインが大きく構造を変えることで、情報を標的に伝えている。この構造変化においては、通常の水素結合に加えて、CE/π等の弱い水素結合や、短距離水素結合という強い水素結合が重要な役割を果たしている。本研究では、これら水素結合ネットワークの実体を解明するために、高分解能中性子構造解析を行った。PYPの結晶化法を工夫し、巨大結晶を安定に調整できるようした。この結晶を用いて、それぞれ1.5A、1.25A分解能で中性子回折像及びX線回折像を得た。重原子についてはX線による精密化、水素(重水素)については中性子による精密化という併用解析法を開発し、1.5A分解能で水素を含む全原子の構造を決定した。全水素942個のうち819個の位置が同定できた。その結果、発色団とE46の間の短距離水素結合は低障壁水素結合であること、発色団とY42の間の短距離水素結合は、短距離イオン性水素結合であること、カウンターイオンと思われていたR52はイオン化していないことを明らかにした。蛋白質の基底状態において低障壁水素結合の存在を明らかにしたのは、本研究が世界で初めてである。また、低障壁水素結合は、蛋白質内部で孤立した負電荷を安定化していることを明らかにし、光励起状態において低障壁水素結合から通常の水素結合へ緩和することで情報が発色団から蛋白質に伝わると言う新しい機構を提唱した。

Water-soluble photoreceptive protein (PYP) is a protein that absorbs light and information in the protein portion and eventually in the N-terminal region. This structural transformation is usually accompanied by weak water element binding, such as CE/π, short distance water element binding, strong water element binding and important water element binding. In this study, we analyzed the structure of high resolution energy in water binding system. The crystallization method of PYP will be adjusted to stabilize the huge crystals. These crystals were separated by 1.5A and 1.25A resolution energy, and the intermediate sub-reflection image and X-ray reflection image were obtained. X-ray precision of heavy atoms, water element (heavy water element) precision of heavy atoms and analytical method are used to develop, 1.5A decomposition energy of heavy atoms and determination of structure containing all atoms. All water element 942 no 819 no As a result, the color group E46 has a short range of water element binding and a low barrier of water element binding. The color group Y42 has a short range of water element binding and a short range of water element binding. The existence of low barrier water binding in the basal state of protein is the beginning of this study. Low barrier water binding, protein internal isolation, negative charge stabilization, light excitation, low barrier water binding, normal water binding, information development, protein internal isolation, new mechanism

项目成果

Hydration affects both harmonic and anharmonic nature of protein dynamics

• DOI: 10.1529/biophysj.107.128546
• 发表时间: 2008-09-15
• 期刊: BIOPHYSICAL JOURNAL
• 影响因子: 3.4
• 作者: Nakagawa, H.;Joti, Y.;Kataoka, M.
• 通讯作者: Kataoka, M.

Low-barrier hydrogen bond in photoactive yellow protein

• DOI: 10.1073/pnas.0811882106
• 发表时间: 2009-01
• 期刊: Proceedings of the National Academy of Sciences
• 作者: S. Yamaguchi;H. Kamikubo;K. Kurihara;R. Kuroki;N. Niimura;N. Shimizu;Y. Yamazaki;M. Kataoka

Direct observation of two distinct types of short hydrogen bond in Photoactive Yellow Protein

直接观察光活性黄色蛋白中两种不同类型的短氢键

• 发表时间: 2008
• 作者: 坂東祥匡;白旗崇;和田拓;柴田幸治;森健彦;武藤豪志;大川真由子;今久保達郎;S. Yamaguchi;山口繁生;山口繁生
• 通讯作者: 山口繁生

Photoactive yellow protein中の2種類のshort hydrogen bondの直接観測

光活性黄色蛋白中两种短氢键的直接观察

• 发表时间: 2008
• 作者: 上脇準一;森内寛;楯直子;楯真一;日下良二;楯真一;本玉直哉;Hiroshi Nakagawa;井口佳哉;楯真一;Shigeo Yamaguchi;山口繁生
• 通讯作者: 山口繁生