ヘムとヘムタンパク質へのNO再結合の温度依存研究
Dan Ionascu1, Flaviu Gruia, Xiong Ye
1Department of Physics, Northeastern University, Boston, Massachusetts 02115, USA.
Journal of the American Chemical Society
|December 1, 2005
まとめ
この研究では,200K以下でミオグロビン (Mb) に再結合する酸化窒素 (NO) がエンタルピー的に障壁のないことを明らかにしました. 200K以上のタンパク質のリラクゼーションとディスタルポケットの変異は,NOの再結合運動に影響し",ハープーン"結合メカニズムを示唆しています.
科学分野:
- バイオフィジックス 生物物理学
- 化学動力学 化学動力学
- タンパク質のダイナミクス
背景:
- ミオグルビン (Mb) は,酸素輸送に不可欠なタンパク質です.
- リンガンド再結合運動の理解は,タンパク質の機能を明らかにするために不可欠です.
- Mbと結合する窒素酸化物 (NO) は,一酸化炭素 (CO) との結合と類似点と違いを共有しています.
研究 の 目的:
- 熱度に依存するNOとミオグルビン内のヘム鉄の再結合運動を調査する.
- NO再結合におけるタンパク質リラクゼーションとディスタルポケット変異の役割を明らかにする.
- ミオグロビンのNO再結合機構と,裸ヘムと一酸化炭素のメカニズムを比較する.
主な方法:
- NOの再結合運動を測定するための時間解像度スペクトルスコピー.
- 冷凍温度 (200K以下) からより高い温度までの温度に依存する運動学的研究.
- サイト・ディレクテッド・ミュータゲネシスにより,ミオグロビン遠端ポケット (例えばV68W) が変化する.
- グリセロールにおける裸ヘム (PPIX) とのマイオグルビン-NO運動の比較.
主要な成果:
- 200K以下では,MbへのNOの再結合は,高速でエンタルピカル・バリアレスな相 (~10ps) と,小さなエンタルピック・バリア (~3kJ/mol) を有するより遅いゲミナート相 (~200ps) を表します.
- 200K以上では,運動速度はわずかに減速し,溶媒ガラスの移行を超えたタンパク質のリラックスを示します.
- 遠端ポケット (V68W) を変異させると,遅い再結合段階がなくなり,より遠い場所からアクセスできないことが示唆されます.
- 急速な再結合は近接ヒスティジンとは独立しており,200K以上の温度に依存する減速は裸ヘムで消滅する.
結論:
- NOリガンドは,ヘム鉄の平面外形による軽微なエンタルピックバリアを持つ"ハープーン"メカニズムを通じてヘム鉄と結合する.
- タンパク質のリラクゼーションとディスタルポケットの相互作用は,より高い温度でNOの再結合運動において重要な役割を果たします.
- この発見は,ヘム幾何学分布がリガンド再結合に影響するモデルを支持しており,mb.CO.の以前の観測と類似しています.
