圧力効果を利用した蛋白質の折り畳み機構における水分子ダイナミクスの直接観察

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生合成された蛋白質が構造を形成する「折り畳み」過程において、水分子の蛋白質鎖からの排出(脱水和)というダイナミクスが遷移状態の形成および遷移状態からの天然状態へ構造変化をする際に重要な働きをすることが計算機実験や速度論的実験から推測されている。しかし、水分子を分光学的に捉えることは非常に困難であり、脱水和の実験的証拠というのは限られてきた。平成17年度には、蛋白質の水和状態が部分モル体積に反映されることに着目し、反応速度の圧力依存性から得られる活性化体積を元に、折り畳み遷移状態が形成される際の脱水和をより直接的に検討できないか試みた。種々の圧力下での折り畳み反応追跡するために、光応答性還元剤であるNADHから酸化型チトクロムc`への電子移動反応を折り畳み反応のトリガーとして利用し、還元型チトクロムcの折り畳み反応を3.2〜4.0Mグアニジン塩酸塩存在下、1〜2000barの圧力下で追跡しました。その結果、グアニジン塩酸塩非存在下、常圧下における活性化体積は-14±8cm^3・mol^<-1>と求められた。この負の体積変化は疎水性基からの脱水和を直接的に示す実験結果である。本年度は、カリフォルニア工科大学へ渡航し、異なる形を持つ蛋白質について、常圧下での測定を行った。その結果、折り畳み過程における蛋白質の構造は単一なものではなく、複数の経路を通って折り畳むことが明らかとなった。また、異なる部分は異なる時間スケールをもって最終的な構造を形成していくことがわかった。この際、水分子が排出されすぎてしまうと、効率的な折り畳みができなくなると考えられた。