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大原 高志; 海野 久雄; 玉田 太郎; 黒木 良太
no journal, ,
蛋白質水和水は蛋白質分子及び隣接する水和水と水素結合ネットワークを形成し、プロトンの授受や運動の制御など蛋白質分子の機能発現に重要な役割を果たしていると考えられている。この蛋白質水和水の構造学的研究はおもにX線構造解析を用いた水和水の酸素原子の観察をもとに行われてきた。これに対し、われわれは蛋白質の中性子構造解析結果を収録した「生体水素水和水データベース」を用い、蛋白質水和水と蛋白質分子中のカルボニル基、及び蛋白質水和水同士の水素結合ネットワークについて水素原子位置も含めた統計的解析を行った。その結果、一般的に水素結合におけるX-H...Yの角度は180
近傍が安定とされるのに対し、本研究における解析では135から90のO-H...O角度を持つ水素結合が多数分布していた。そこでこの原因について解析を進めたところ、蛋白質水和水が形成する水素結合ネットワーク中において、酸素原子の間に2個の水素原子が存在し、準安定な水素結合様式とされる"Bifurcated"及び"Inversed"水素結合が幾つも存在することが明らかとなった。
大原 高志; 海野 久雄; 玉田 太郎; 黒木 良太
no journal, ,
蛋白質水和水は蛋白質分子及び隣接する水和水と水素結合ネットワークを形成し、プロトンの授受や運動の制御など蛋白質分子の機能発現に重要な役割を果たしていると考えられている。われわれは蛋白質の中性子構造解析結果を収録した「生体水素水和水データベース(HHDB)」を用い、蛋白質水和水と蛋白質分子中のカルボニル基、及び蛋白質水和水同士の水素結合ネットワークについて水素原子位置も含めた統計的解析を行った。その結果、O-H...O水素結合角が通常とは異なる統計的分布を示すことが明らかとなった。一般的に水素結合におけるX-H...Yの角度は180近傍が安定とされ、有機低分子化合物や蛋白質分子内の水素結合では160
170付近に数多く分布している。これに対し、本研究における解析では13590のO-H...O角度を持つ水素結合が多数分布していた。この原因について解析を進めたところ、蛋白質水和水が形成する水素結合ネットワーク中において、準安定な水素結合様式とされる"Bifurcated"及び"Inversed"水素結合が幾つも存在することが明らかとなった。
大原 高志; 玉田 太郎; 安達 基泰; 黒木 良太; 海野 久雄*
no journal, ,
中性子を用いたタンパク質の結晶構造解析は、タンパク質分子とそれを取り巻く水和水との相互作用よる分子周辺の電場,双極子モーメントの分布の解明と、それに伴うStructure Based Drug Designの精度向上に繋がると期待されている。しかし、実際の中性子構造解析においては、蛋白質水和水と金属イオンの識別や、水和水ネットワーク中の重水素原子と酸素原子の識別が難しいという問題があり、中性子回折データからタンパク質周辺分子の情報を十分に取り出すことができていない。これらの問題を解決するため、われわれは中性子とX線の差分をとった「N-Xマップ」に注目した。N-Xマップでは、各原子の中性子とX線に対する散乱長の違いが強調されるために結晶中の原子種の違いがより明瞭となり、上述の問題の解決に繋がると期待できる。本研究では2種類の創薬標的タンパク質について、同一の結晶を用いて中性子とX線の回折データを測定し、Nマップ及びXマップを求めた。さらに、両者をスケーリングして差分を計算することでN-Xマップを作製し、その有効性の検証を行い、タンパク質の結晶構造解析におけるN-Xマップの有効性を確認することに成功した。
岡崎 伸生; 大原 高志; 海野 久雄*; 茶竹 俊行*; 栗原 和男; Cachau, R. E.*; Blaber, M.*; 新村 信雄*; 黒木 良太
no journal, ,
In protein molecules, key energetic contributors are solvation, desolvation and hydrogen bonding. They contribute protein folding, dynamics and molecular recognition. As a result, more elaborate studies of hydrogen atoms will be great help to recognize protein structures and obtain new findings of them. However, we do not have system which dedicated to characterization and analysis of hydrogen bonding. Therefore, we have developed a database for hydrogen and hydration water molecules. That database named Hydrogen and Hydration Database for Biomolecules (HHDB; http://hhdb.tokai-sc.jaea.go.jp/). Hydrogen bond data stored to HHDB use hydrogen atom coordinates determined directly by neutron diffraction and certain extremely high resolution X-ray diffraction. HHDB provides graphical user interface, users can use it through web browser. HHDB can visualize hydrogen atom positions in protein and solvent, and hydrogen bonding interactions. We are improving the web user interfaces and the performance for usability.
岡崎 伸生; 大原 高志; 海野 久雄*; 茶竹 俊行*; 栗原 和男; Cachau, R. E.*; Blaber, M.*; 新村 信雄*; 黒木 良太
no journal, ,
タンパク質分子において溶媒和や脱溶媒和、並びに水素結合は安定化に大きく影響し、それらはフォールディングやダイナミクス,分子認識に寄与している。したがって、水素原子の詳細な研究はタンパク質分子構造の認識やそれらから新たな知見を得る手段として重要であるが、水素結合の特性を解析するようなシステムはこれまで存在しなかった。そのようなシステムを構築するために、われわれは水素結合並びに水和水のためのデータベース(生体分子水素水和水データベース: HHDB)を開発した。HHDBは中性子結晶構造解析や超高分解能X線結晶構造解析によって決定された水素原子座標と、それらから導かれる水素結合のデータを保持している。HHDBはWebベースのグラフィカルユーザーインタフェース(GUI)を備え、利用者はWebブラウザを通してHHDBの機能を利用することができる、タンパク分子や溶媒分子などの水素原子座標や水素結合の状況を可視化することができる。Fig. 1は水素結合距離と結合角度をHHDBでプロットした例である。このプロットにおいて水素原子が原点に配置され、各点は水素結合受容体にあたり水素までの結合距離と共有結合との角度を示している。現在われわれは、これらのインタフェースの性能や利便性の向上を目指して改良を続けている。