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生体膜内における側方枯渇効果によるタンパク質２次元結晶相の形成

由于生物膜的横向耗尽效应而形成二维蛋白质结晶相

基本信息

批准号：
22KJ2451
负责人：
須田慶樹
金额：
$ 0.64万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度はバクテリオロドプシン(bR)の脂質分子の枯渇効果による結晶形成について理論研究を行った。bRは膜貫通型タンパク質の１種で、生体膜で自発的に２次元結晶を形成する。この結晶形成の駆動力は明らかにされていない。例えば水素結合やイオン結合の形成が考えられるが、構造解析からはこれらの結合は確認されていない。そこで脂質分子の配置エントロピー駆動でbR間に実効引力が生じ、結晶形成が起こるのではないかと考えた。私はbR結晶形成駆動力を明らかにすることにより、他の膜貫通型タンパク質についても膜の中でどのように相互作用し合っているのか解明する糸口になると考え研究を実施した。昨年度の研究目的は修正AOポテンシャルの妥当性の評価である。修正AOポテンシャルについて説明する。脂質分子の枯渇効果によって生じるbR間実効ポテンシャルを計算する手段として、古くから、AOポテンシャルがある。しかし、AOポテンシャルは脂質を理想気体として近似しており、脂質分子間の斥力の効果が取り入れられていないという欠点がある。そこで脂質間斥力の効果を取り込んだ修正AOポテンシャルを考案した。熱力学摂動理論と修正AOポテンシャルを用いてヘルムホルツ自由エネルギーを計算し、共通接線法からbRの相図を得た。本研究で用いた理論とは、その枠組みが異なるfree volume theoryから求めたbRの相図と比較した。その結果、両者はとても良い一致を示した。このことから、修正AOポテンシャルの妥当性を示すことができた。更に、AOポテンシャルから計算されたbRの相図と修正AOポテンシャルから計算された相図を比較した。修正AOポテンシャルから求められた相図の方が低い脂質充填率でbRが結晶形成を開始し、実験結果と半定量的に一致した。このことは、脂質分子間の斥力がbR間実効相互作用を強め、結晶形成を促進していることを示している。

A theoretical study on the crystallization of lipid molecules was carried out last year. bR is a kind of film penetration type crystal, and a kind of organic film self-formation type crystal. The driving force behind the formation of these crystals is clearly visible. For example, the combination of water elements and the combination of water elements are examined, and the structural analysis is confirmed. The configuration of lipid molecules is not stable. The gravitational force is generated and the crystallization is formed. A study on the dynamics of bR crystal formation and the interaction between the crystal and the film is carried out. The purpose of this study was to evaluate the appropriateness of the revised AO profile. Corrected AO Lipid molecules are produced in different ways. The effect of repulsion between lipid molecules is similar to that of ideal lipid molecules. The effect of lipid repulsion is studied. Thermodynamics theory and modified AO equation are used to calculate the free energy and the common connection method. This study uses the theory of free volume theory to compare the differences between the two groups. The result of the test is consistent with the test. This is the first time that I've ever seen someone who's been in a relationship with someone else. In addition, the AO group is calculated by comparing the phase of the bR with the corrected AO group. Corrected AO for low lipid filling ratio, low lipid filling ratio, low The interaction between lipid molecules is strong, and the formation of crystals is promoted.