中性子構造解析及び超高分解能X線構造解析によるエラスターゼの高度な機能解明

Elucidation of advanced function by combined high-resolution neutron and X-ray analysis

玉田 太郎; 木下 誉富*; 多田 俊治*; 黒木 良太

Tamada, Taro; Kinoshita, Takayoshi*; Tada, Toshiji*; Kuroki, Ryota

セリンプロテアーゼの触媒機構を理解することを目的として、ブタ膵臓エラスターゼの高分解能中性子(1.65 resolution)及びX線(0.94 resolution)構造解析を正四面体型中間体を模倣する阻害剤と複合体の状態で実施した。中性子とX線の両解析結果から、His57とAsp102の間に形成された水素結合は強い水素結合ではあるものの、低障壁水素結合の特徴(水素原子がドナーとアクセプターの中間付近に存在する)は満たしていなかった。また、中性子解析結果から、いわゆるオキシアニオンホールの形成とオキシアニオンホール中に阻害剤由来の酸素原子が酸素陰イオンの状態で存在していることが明瞭に示された。これより、セリンプロテアーゼの触媒機構において正四面体型中間体構造の安定化に対するオキシアニオンホールの役割が明らかになった。

To help resolve long-standing questions regarding the catalytic activity of the serine proteases the structure of porcine pancreatic elastase has been analyzed by high-resolution neutron (1.65 resolution) and X-ray (0.94 resolution) crystallography. In order to mimic the tetrahedral transition intermediate, a peptidic inhibitor was used. The neutron and X-ray data show that the hydrogen bond between His57 and Asp102 is not consistent with a low-barrier hydrogen which is predicted to have the hydrogen midway between the donor and acceptor atom. The neutron analysis also shows that the oxygen of the oxopropyl group of the inhibitor is present as an oxygen anion rather than a hydroxyl group, supporting the role of the "oxyanion hole" in stabilizing the tetrahedral intermediate in catalysis.