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蛋白質の低エネルギーダイナミクスに対する圧力効果

Effect of pressure on protein low-energy dynamics

中川 洋; 城地 保昌*; 山室 修*; 片岡 幹雄

Nakagawa, Hiroshi; Jochi, Yasumasa*; Yamamuro, Osamu*; Kataoka, Mikio

蛋白質分子の全体的な構造の揺らぎは、蛋白質の構造安定性や機能発現と密接にかかわる。一方、蛋白質の動力学転移やボソンピーク等の動的特徴と、蛋白質の全体的な構造揺らぎとの関連が、中性子散乱実験と分子シミュレーションにより示唆されている。蛋白質の構造が揺らぐとき、その動きに伴い蛋白質の体積は変化する。このような蛋白質の体積揺らぎは、内部に存在する空間的な隙間(キャビティ)の存在と関係があることがわかっている。キャビティの体積は外部の圧力に敏感に反応し、例えば加圧するとキャビティの体積は減少し蛋白質の体積揺らぎは小さくなる。したがって、体積揺らぎの圧力効果を調べることは、動力学転移やボソンピークの理解に繋がると考えられる。本研究ではJRR-3のAGNES分光器を用いて中性子非弾性散乱測定を行い、蛋白質スタフィロコッカルヌクレアーゼの動力学転移やボソンピークの圧力効果を観測した。測定は常圧下と900気圧の高圧下で行った。乾燥粉末での蛋白質では、加圧によってボソンピークが高エネルギーにシフトする一方、水和状態ではピークのシフトはほとんど見られなかった。また水和状態に関係なく、加圧によって準弾性散乱は抑制されることがわかった。蛋白質の動力学転移とボソンピークの水和と圧力効果を合わせて議論し、蛋白質の低エネルギーダイナミクスへの圧力効果の詳細を発表する。

Protein dynamics is closely related with protein biological function. Protein dynamical transition and boson peak is observed by neutron inelastic scattering and molecular dynamics simulation. Protein volume fluctuation is related with cavity in protein structure. The cavity volume is affected by pressure. It is important to examine the effect of pressure on protein dynamics. We examined the effect of pressure on protein dynamical transition and boson peak of Staphylococcal nuclease by neutron inelastic scattering at AGNES spectrometer at JRR-3. We found that boson peak shifted to higher energy upon pressure at 900 MP. And quasi-elastic scattering is restricted by pressure.

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