Hydration-coupled protein boson peak measured by incoherent neutron scattering

非干渉性中性子散乱測定による水和と関係したタンパク質のボソンピーク

中川 洋   ; 片岡 幹雄*; 城地 保昌*; 北尾 彰朗*; 柴田 薫  ; 徳久 淳師*; 筑紫 格*; 郷 信広

Nakagawa, Hiroshi; Kataoka, Mikio*; Jochi, Yasumasa*; Kitao, Akio*; Shibata, Kaoru; Tokuhisa, Atsushi*; Tsukushi, Itaru*; Go, Nobuhiro

スタフィロコッカルヌクレアーゼを用いてタンパク質のボソンピークの水和との関連を調べた。ボソンピークは合成高分子,ガラス性物質,アモルファス物質に共通に見られるものであるが、その起源は十分には理解されていない。ボソンピークに寄与する運動は調和振動である。水和によりピークの位置は高周波数側にシフトし、振動の力学定数は増加した。このことはタンパクのエネルギー地形が変化したことを示す。タンパク質が水和することでエネルギー地形がより凸凹になり、極低温ではエネルギー極小に振動がトラップされる。タンパク質のボソンピークの起源はこのエネルギー地形の凹凸と関係しているかもしれない。

The boson peak of a protein was examined in relation to hydration using staphylococcal nuclease. Although the boson peak is commonly observed in synthetic polymers, glassy materials and amorphous materials, the origin of the boson peak is not fully understood. The motions that contribute to the peak are harmonic vibrations. Upon hydration the peak frequency shifts to a higher frequency and the effective force constant of the vibration increases at low temperatures, suggesting that the protein energy surface is modified. Hydration of the protein leads to a more rugged surface and the vibrational motions are trapped within the local minimum at cryogenic temperatures. The origin of the protein boson peak may be related to this rugged energy surface.