タンパク質の高分解能中性子構造における水素原子の構造

Structure of hydrogen atoms in high-resolution neutron structure of protein

平野 優; 玉田 太郎; 栗原 和男; 日下 勝弘*; 大野 拓*; 竹田 一旗*; 三木 邦夫*

Hirano, Yu; Tamada, Taro; Kurihara, Kazuo; Kusaka, Katsuhiro*; Ono, Hiraku*; Takeda, Kazuki*; Miki, Kunio*

タンパク質の構造形成や酵素反応には水素結合が関与している。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。しかしながら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、タンパク質の構造や機能を理解するために重要であると考えられる。高電位鉄硫黄タンパク質(HiPIP)は、紅色光合成細菌の光合成電子伝達系においてはたらく電子運搬タンパク質である。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オングストローム分解能の回折データを取得することができた。構造精密化の結果、水素原子位置や結合距離など、水素結合を形成する原子の配置、パラメーターについて、従来の理想モデルから外れる例を多数観測することができた。

Hydrogen atoms are involved in protein folding and enzymatic reaction. Structures of hydrogen atoms in proteins have been discussed based on the ideal bond distances and angles obtained by small molecular crystallography. However, structural information about hydrogen atoms without geometric restraints is important for understanding structures and functions of proteins. High-potential iron-sulfur protein (HiPIP) is an electron carrier protein which functions in photosynthetic electron transfer chain of purple bacteria. In this work, we determined high-resolution neutron structure of HiPIP. The neutron diffraction experiment was performed at the BL03 beamline (iBIX) of J-PARC/MLF. We have collected the highest resolution data at 1.1 angstrom in the protein neutron structures. After structure refinement, we have observed many deviations in positions and bond lengths of hydrogen atoms from the ideal geometries.