非干渉性中性子非弾性散乱で観るタンパク質ダイナミクスの水和効果

Effect of hydration on protein dynamics by incoherent neutron inelastic scattering

中川 洋   ; 片岡 幹雄

Nakagawa, Hiroshi; Kataoka, Mikio

中性子非弾性散乱実験でスタフィロコッカルヌクレアーゼのダイナミクスに対する水和効果を調べた。低温では、5meV以下の協調的な運動に対して水和効果が表れたが、一方で高エネルギーの局所的な振動に対しては水和の影響はない。水和によってボソンピークの高エネルギーシフトが見られた。この結果は、エネルギー地形のローカルミニマムでの調和ポテンシャルにハードニングが起こっていることを示している。240Kの転移は水和蛋白質のみに見られるが、部分的に水和した蛋白質には見られない。一方で、部分的に水和した蛋白質では、調和運動に対しては影響が見られた。これらから蛋白質の非調和運動を活性化するのには、ある一定量以上の水和が必要であると言える。したがって、水和は蛋白質の調和運動と非調和運動の両者の影響を与えるが、そのメカニズムは異なると言える。

Effects of hydration on dynamics of Staphylococcal nuclease were examined by inelastic neutron scattering. At cryogenic temperatures, hydration affected the collective motions with energies lower than 5 meV, whereas the high-energy localized motions were independent of hydration. The frequency-upshift of the boson peak was also observed with hydration. These results suggest hardening of harmonic potential at local minima on the energy landscape. The 240 K transition was observed only for the hydrated protein, but not for the partially hydrated protein. On the other hand, partial hydration is sufficient to affect the harmonic nature of protein dynamics. The interesting and important finding is that there is a threshold hydration level to activate the anharmonic motions. Thus, hydration water controls both the harmonic and anharmonic protein dynamics by different mechanisms.