ヘムタンパク質における超高速のCO動力学:アディアバティック・リガンド結合と重原子トンネリング
Abdelkrim Benabbas1, Yuhan Sun1, Thomas L Poulos2
1Department of Physics and Center for Interdisciplinary Research on Complex Systems, Northeastern University , Boston, Massachusetts 02115, United States.
Journal of the American Chemical Society
|October 7, 2017
まとめ
炭素一酸化物 (CO) がChCooAに再結合することは,ミオグロビンとヘモグロビンとは異なり,アディアバティックであり,エントロピー因子による. 低温でのヘムタンパク質のダイナミクスと量子トンネリング効果についての洞察を明らかにします.
科学分野:
- 生物化学
- 物理化学
- タンパク質ダイナミクス
背景:
- 一酸化炭素酸化活性化タンパク質 (ChCooA) は,CO代謝に関与するヘムタンパク質である.
- ミオグロビン (Mb) やヘモグロビン (Hb) などのヘムタンパク質に結合するリガンドの運動を理解することは,その機能を明らかにするために極めて重要です.
- 以前の研究では,スピン選択のルールにより,ヘムタンパク質へのCO結合が非アディアバティックであると考えられていました.
研究 の 目的:
- 幅広い温度範囲でCOからChCooAへの再結合の超高速運動を調査する.
- ChCooAとMbとHbのCO再結合運動を比較する.
- アディアバティック性とエントロピク貢献を含む,CO結合メカニズムを制御する要因を解明する.
主な方法:
- ChCooAへのCO再結合の超高速運動測定
- 冷凍温度から室温までの温度依存運動研究.
- バリア分布と量子力学的トンネリングを含む理論的モデルとの実験データの比較.
主要な成果:
- ChCooAへのCO結合のアーレニウス前因子は,MbとHb (∼10^9 s^-1) よりも著しく高く,アディアバティック結合過程を示している.
- COからChCooAへの再結合は,ヘムドーミングの異質性によるエンタルピックバリアの分布に起因し,すべての温度では指数関数ではない.
- 温度に依存する動力学は,溶媒ガラス移行 (Tg ≈ 180 K) の上下におけるバリア分布の変化を明らかにし,量子トンネリングは60 K以下で有意になる.
結論:
- COとChCooAの結合はアディアバティックなプロセスで,スピン選択のルールよりもエントロピー要因が優勢である.
- ヘムドーミング異質性は,再結合バリアの分布を作り,非指数的運動に影響を与える.
- 量子力学的トンネリングは,特に60K未満の低温でのCO再結合に役割を果たします.
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