タンパク質におけるトリプトファン・ウォーター・ネットワークの遅い動態

科学分野:

• 生物化学
• 構造生物学
• バイオ物理学

背景:

• 水は生物分子の動力学や生物学的プロセスに 重要な影響を及ぼします
• マイクロ秒からミリ秒 (μs-ms) の時間スケールでのタンパク質構成の変化は,タンパク質の機能と関連しています.
• これらの機能的形状の変化の間,タンパク質に結合した水の行動は十分に理解されていない.

研究 の 目的:

• 機能的形状の変化中のタンパク質に結合した水の役割と動態を調査する.
• NMR リラクゼーション分散測定を用いて間接的に水網のダイナミクスを探求する.
• 構造変化の過程で タンパク質領域間のコミュニケーションを 水がどのように媒介するかを理解する.

主な方法:

• NMR リラクゼーション分散測定を用いて,ジヒドロフォラート還元酵素 (DHFR) のトリプトファンインドルを研究した.
• インドルNH陽子の化学的シフト変化と,μs-msの時間スケールの構造変化の間のリング窒素原子の変化を分析した.
• 密度関数理論 (DFT) の予測と統合された実験的化学シフト.

主要な成果:

• インドルNH陽子の有意な化学的シフト変化が観察されたが,構造的移行時にリング窒素の変化はより小さい.
• トリプトファンインドールNH陽子が水に結合し,周囲の水ネットワークの幾何学が変化することを示した.
• リラクゼーション分散は間接的に水のダイナミクスについて報告することができる.

結論:

• タンパク質に結合した水の幾何学は,μs-msのタンパク質構成の変化で動的に変化する.
• 水分子は機能的に重要なタンパク質の領域に情報を伝達する上で重要な役割を果たします
• タンパク質の内部運動は,タンパク質の構造内の水素結合の水ネットワークで結合することができる.