中性子線を用いたタンパク質の動的な水和水の解析

蛋白質の周囲には動きの違う水分子が混在している。これは水和水と呼ばれ、蛋白質の構造構築や機能の発現と密接に結びついている。しかしながら、動きが大きい水分子の解析は通常の実験では困難であり、水和水の完全な姿は未だ明らかにされていない。これは、蛋白質の研究における最大の問題の一つである。これを明らかにすることは、水和水の全貌解明に留まらず、様々な応用分野への波及効果が期待される。特に、近年盛んである計算機上での生体分子設計には大きな福音となる。本研究は、蛋白質を取り囲む水和水の全貌を中性子線によって解明することである。中性子線が持つ最大の利点である軽水素と重水素に対する散乱長の違いを利用して、複数の中性子実験法を駆使して実現する。以下、交付申請書に記載した三つの事項について説明する。(1)中性子D/Hコントラスト解析: 実空間D/Hコントラストで溶媒領域の中性子散乱長密度図を計算して溶媒密度解析を行う。これにより、動きの大きい水分子も含めた水和水の位置決定が期待される。申請に前後して、研究対象であるリゾチームの蛋白質部分の解析が、最初の解析論文が学術誌に掲載された。22年度はD/Hコントラスト図で水分子の探索を行い、既存の解析を上回る数の水分子を同定して、複数の学会・研究会で報告した。さらに、より詳細な検討を結晶解析と計算科学の両面から進めるための準備を進めている。(2)低温下での中性子D/Hコントラスト解析: 低温で熱振動を抑制することで、水分子の位置についてより詳細な解析が可能となる。中性子解析に必要な大型結晶の凍結は高圧凍結法を用いる。凍結用の結晶の準備は終了しており、凍結成功後に中性子実験の申請を予定している。(3)中性子準弾性散乱測定: 予備実験は京大原子炉で終了しており、結晶の大量作成後に中性子実験の申請を予定している。

蛋白質の周囲には動きの違う水分子が混在している。これは水和水と呼ばれ、蛋白質の構造構築や機能の発現と密接に結びついている。しかしながら、動きが大きい水分子の解析は通常の実験では困難であり、水和水の完全な姿は未だ明らかにされていない。これは、蛋白質の研究における最大の問題の一つである。これを明らかにすることは、水和水の全貌解明に留まらず、様々な応用分野への波及効果が期待される。特に、近年盛んである計算機上での生体分子設計には大きな福音となる。本研究は、蛋白質を取り囲む水和水の全貌を中性子線によって解明することである。中性子線が持つ最大の利点である軽水素と重水素に対する散乱長の違いを利用して、複数の中性子実験法を駆使して実現する。以下、交付申請書に記載した三つの事項について説明する。(1)中性子D/Hコントラスト解析: 実空間D/Hコントラストで溶媒領域の中性子散乱長密度図を計算して溶媒密度解析を行う。これにより、動きの大きい水分子も含めた水和水の位置決定が期待される。申請に前後して、研究対象であるリゾチームの蛋白質部分の解析が、最初の解析論文が学術誌に掲載された。22年度はD/Hコントラスト図で水分子の探索を行い、既存の解析を上回る数の水分子を同定して、複数の学会・研究会で報告した。さらに、より詳細な検討を結晶解析と計算科学の両面から進めるための準備を進めている。(2)低温下での中性子D/Hコントラスト解析: 低温で熱振動を抑制することで、水分子の位置についてより詳細な解析が可能となる。中性子解析に必要な大型結晶の凍結は高圧凍結法を用いる。凍結用の結晶の準備は終了しており、凍結成功後に中性子実験の申請を予定している。(3)中性子準弾性散乱測定: 予備実験は京大原子炉で終了しており、結晶の大量作成後に中性子実験の申請を予定している。