高電位鉄硫黄タンパク質の高分解能中性子構造解析

High-resolution neutron structure studies of high-potential iron-sulfur protein

平野 優; 玉田 太郎; 栗原 和男; 日下 勝弘*; 三木 邦夫*

Hirano, Yu; Tamada, Taro; Kurihara, Kazuo; Kusaka, Katsuhiro*; Miki, Kunio*

タンパク質の構造や機能を理解するために水素原子の情報は重要である。これまでタンパク質中の水素原子の構造は、低分子から得られた結合距離、結合角の理想値に基づいて議論されてきた。したがって理想値の制約を受けない水素原子の構造情報を取得することは、タンパク質研究に大きく貢献すると考えられる。中性子は水素原子についても比較的大きい散乱能をもつため、中性子構造解析において水素原子の検出は容易である。本研究では、HiPIPを用い高分解能での中性子構造解析を行った。中性子回折実験は、大強度陽子加速器施設J-PARC物質・生命科学実験施設(MLF)のBL03(iBIX)ビームラインにおいて行い、タンパク質としては世界最高分解能である1.1分解能の回折データを得ることができた。構造精密化の結果、超高分解能のX線構造においても観測の困難であった、タンパク質表面の解離性アミノ酸残基のプロトン化状態を決定することができた。また、水素原子の結合距離、結合角において理想値からのずれを多数観測することができた。

Information about hydrogen atoms are important for understanding both structure and function of proteins. The structure of hydrogen atoms in proteins has been discussed based on the ideal values of bond lengths and angles obtained from structures of small molecules. A huge contribution to the protein science will be made by the structure information of hydrogen atoms without restraints of the ideal values. Hydrogen atoms are easily detected in neutron crystal structures because neutrons have a strong diffraction power compared to other atoms in proteins. In this study, we have determined high-resolution neutron structure of the high-potential iron-sulfur protein (HiPIP). The neutron diffraction experiment was performed at the BL03 (iBIX) beamline of J-PARC/MLF. We have obtained the diffraction data set at 1.1-resolution that is the highest resolution data in protein neutron studies. The protonation states of amino acid residues at the surface of HiPIP have been observed after structure refinement. In addition, many deviations from the ideal values were observed in the distances and angles involved in hydrogen atoms.