A Neutron crystallographic analysis of phosphate-free ribonuclease A at 1.7 resolution

リン酸非含有リボヌクレアーゼAの1.7分解能中性子結晶構造解析

八木 大地*; 山田 太郎*; 栗原 和男; 大西 裕季*; 山下 雅広*; 玉田 太郎; 田中 伊知朗*; 黒木 良太; 新村 信雄*

Yagi, Daichi*; Yamada, Taro*; Kurihara, Kazuo; Onishi, Yuki*; Yamashita, Masahiro*; Tamada, Taro; Tanaka, Ichiro*; Kuroki, Ryota; Niimura, Nobuo*

リン酸非含有のウシ膵臓由来リボヌクレアーゼA(RNase A)に対し、JRR-3研究用原子炉(日本原子力研究開発機構)に設置の単結晶回折装置BIX-4を用いて、1.7分解能で中性子構造解析を行った。高分解能構造モデルに基づき、RNase Aの触媒機構においてはヒスチジン12番残基が一般塩基として機能していることを明らかにした。また、メチル基や水酸基、そしてプロリン、アスパラギン、グルタミンこれらのアミノ酸残基に含まれる水素位置のような、その他の特色のある構造上の特徴が数多く、1.7分解能で決定された。観測された解離性アミノ酸残基のプロトン化/脱プロトン化状態から、活性化部位やヒスチジン48番残基の水素原子周囲の水素結合ネットワークが明確に示された。へリックスとシート間の水素結合の強さにおける差は、主鎖アミド基の水素の水素結合長と水素/重水素(H/D)置換率の決定から推察された。また、水和水分子における温度因子(B)と水素結合長間の相関が見出された。

A neutron crystallographic analysis of phosphate-free bovine pancreatic RNase A has been carried out at 1.7 resolution using the BIX-4 single-crystal diffractometer at the JRR-3 reactor of the Japan Atomic Energy Agency. The high resolution structural model allowed us to determine that His12 acts mainly as a general base in the catalytic process of RNase A. Numerous other distinctive structural features such as the hydrogen positions of methyl groups, hydroxyl groups, prolines, asparagines and glutamines were also determined at 1.7 resolution. The protonation and deprotonation states of all of the charged amino-acid residues allowed us to provide a definitive description of the hydrogen-bonding network around the active site and the H atoms of the key His48 residue. Differences in hydrogen-bond strengths for the -helices and -sheets were inferred from determination of the hydrogen-bond lengths and the H/D-exchange ratios of the backbone amide H atoms. The correlation between the B factors and hydrogen-bond lengths of the hydration water molecules was also determined.