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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。

Last year, we conducted a theoretical study on the crystallization effect of lipid molecules in はバクテリオロドプシン(bR). bR is a type of membrane-penetrating biomass, which is a 2-dimensional crystal formed by the biological membrane itself.このCrystallization forms the power of は明らかにされていない. Examples include hydrogen bonding, bonding, forming, structural analysis, bonding, and structural analysis. The structure of the lipid molecules is the structure of the movement of the lipid molecules and the formation of crystals. Private bR crystal formation 駆明らかにすることにより, other film penetration type タンパクquality についてもMembrane の中でどのようにInteractionし合っているのか解明する糸口になると考え研究を実事した. The purpose of last year's research was to review the appropriateness of AO's research objectives. Corrected the description of AOポテンシャルについて. Lipid molecules are used to calculate the effect of lipid molecules.しかし、AOポテンシャルはlipidをideal bodyとしてapproximationしており、 The effect of the repulsive force between lipid molecules is not affected by the effects of the repulsion between lipid molecules.そこでThe effect of repulsion between lipids is corrected by the り込んだAO ポテンシャルをtest case. Thermodynamic theory and modified AO ポテンシャルを use いてヘルムホルツfree エネルギーを calculation and common wiring method からbRのphase 図をget. This study uses the いた theory and the その枠组みがdifferent and free volume theory and the めたbR のphase 図と comparison した. The result of the test is the same as the result.このことから、Corrected AOポテンシャルのappropriateness をshows すことができた. Updated, AOポテンシャルからcalculated されたbRのphase図と correction AOポテンシャルからcalculated されたphase図をComparison した. Corrected AO ポテンシャルからfinds the められた図のsquareがlow lipid filling rate でbRがcrystal formation をstartし, and the results are semi-quantitatively consistent した.このことは, the repulsion between lipid molecules and the effective interaction between BR are strong, and the crystal formation is promoted and the していることをshows している.