検索対象:     
報告書番号:
※ 半角英数字
 年 ~ 
 年

Combined high-resolution neutron and X-ray analysis of inhibited elastase confirms the active-site oxyanion hole but rules against a low-barrier hydrogen bond

高分解能中性子及びX線を組合せたエラスターゼ/阻害剤複合体構造解析

玉田 太郎; 木下 誉富*; 栗原 和男; 安達 基泰; 大原 高志   ; 今井 啓祐*; 黒木 良太; 多田 俊治*

Tamada, Taro; Kinoshita, Takayoshi*; Kurihara, Kazuo; Adachi, Motoyasu; Ohara, Takashi; Imai, Keisuke*; Kuroki, Ryota; Tada, Toshiji*

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及びX線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。同一の大型単結晶を用いた室温における測定の結果、1.65${AA}$分解能の中性子回折データ及び1.2${AA}$分解能のX線回折データを取得した。また、別の結晶を用いて100K下で0.94${AA}$分解能のX線回折データも併せて取得した。今回の解析は、セリンプロテアーゼとしてはこれまでで最も高分解能で実施された中性子構造解析例である。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結合距離が2.60${AA}$と短く、強い水素結合であると判明したものの、水素原子はHis57に結合していた。この結果は、一説として唱えられている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)は満たすものではなく、低障壁水素結合仮説を否定するものであった。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 and X-ray crystallography. In order to mimic the tetrahedral transition intermediate a peptidic inhibitor was used. A single large crystal was used to collect room-temperature neutron data to 1.65 ${AA}$ resolution and X-ray data to 1.20 ${AA}$ resolution. Another crystal provided a low-temperature X-ray data set to 0.94 ${AA}$ resolution. The neutron data are to higher resolution than previously reported for a serine protease and the X-ray data are comparable with other studies. The neutron and X-ray data show that the hydrogen bond between His57 and Asp102 (chymotrypsin numbering) is 2.60 ${AA}$ in length and that the hydrogen-bonding hydrogen is 0.80-0.96 ${AA}$ from the histidine nitrogen. This is not consistent with a low-barrier hydrogen which is predicted to have the hydrogen midway between the donor and acceptor atom. The observed interaction between His57 and Asp102 is essentially a short but conventional hydrogen bond, sometimes described as a short ionic hydrogen bond. 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.

Access

:

- Accesses

InCites™

:

パーセンタイル:77.83

分野:Chemistry, Multidisciplinary

Altmetrics

:

[CLARIVATE ANALYTICS], [WEB OF SCIENCE], [HIGHLY CITED PAPER & CUP LOGO] and [HOT PAPER & FIRE LOGO] are trademarks of Clarivate Analytics, and/or its affiliated company or companies, and used herein by permission and/or license.