Neutron crystallographic study on rubredoxin from by BIX-3, a single-crystal diffractometer for biomacromolecules

生体高分子用中性子回折装置BIX-3による由来ルブレドキシンの中性子結晶構造解析

栗原 和男; 田中 伊知朗*; 茶竹 俊行*; Adams, M. W. W.*; Jenney, F. E. Jr.*; Moiseeva, N.*; Bau, R.*; 新村 信雄

Kurihara, Kazuo; Tanaka, Ichiro*; Chatake, Toshiyuki*; Adams, M. W. W.*; Jenney, F. E. Jr.*; Moiseeva, N.*; Bau, R.*; Niimura, Nobuo

原研原子炉JRR-3設置の生体高分子用中性子回折装置BIX-3を用いて、高い熱安定性を持つ由来ルブレドキシンの中性子結晶構造解析を行った。結晶化はH原子からのバックグラウンドを抑えるため重水中で行った。回折実験は常温で行い、1.5分解能でデータ収率81.9%を得た。立体構造モデルの精密化では、306個のH原子と50個のD原子及び37個の水和水を同定した。その結果、モデルの信頼性を示す因子及び因子は最終的に各々18.6%, 21.7%となった。この中性子解析により、X線解析では明確でなかったアミノ酸側鎖のO-D結合の方位を明らかにできた。また、主鎖のN-H結合のH原子は多くがD原子に置換されている一方で、その中で5つのH原子は置換されずに保たれていることがわかった。これはその周囲の高い構造安定性を示す。さらに中性子散乱密度図では、このタンパク質の高い熱安定性に寄与していると考えられているND末端のその周囲に広がる水素結合ネットワークを詳細に明らかにすることができた。

The structure of a rubredoxin (Rd) from , an organism that grows optimally at 100 C, was determined using the neutron single-crystal diffractometer for biological macromolecules (BIX-3) at the JRR-3 reactor of JAERI. Data were collected at room temperature up to a resolution of 1.5 , and the completeness of the data set was 81.9 %. The model contains 306 H atoms and 50 D atoms. A total of 37 hydration water molecules were identified. The model has been refined to final agreement factors of = 18.6 % and = 21.7 %. Several orientations of the O-D bonds of side chains, whose assignments from X-ray data were previously ambiguous, were clearly visible in the neutron structure. While most backbone N-H bonds had undergone some degree of H/D exchange throughout the molecule, five H atom positions still had distinctly negative (H) peaks. The neutron Fourier maps clearly showed the details of an extensive set of H bonds involving the ND terminus that may contribute to the unusual thermostability of this molecule.