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口頭

中性子構造解析によるタンパク質の水素原子の決定

玉田 太郎; 栗原 和男; 山田 貢; 黒木 良太

no journal, , 

生命活動を担うタンパク質の機能を解明するには、タンパク質の構成原子の半数を占める水素原子の位置や特徴を知る必要がある。中性子の原子核による散乱は、原子の種類に依存するという特徴を有するので、中性子をプローブとする結晶回折法では、タンパク質を構成する水素原子の位置を容易に決定できる。原子力機構の研究用原子炉JRR-3に設置された2台の生体高分子用中性子単結晶解析装置(BIX-3, 4)は、PDBに登録された中性子構造(58件)の約1/3の解析に寄与しており、われわれが初めて中性子解析に成功した創薬標的タンパク質(HIV-プロテアーゼやブタ膵臓エラスターゼ)と医薬品候補分子(阻害剤)複合体の全原子構造決定の成果も含まれる。これらの解析では、創薬標的タンパク質の触媒残基の解離状態を明らかにするだけでなく、阻害剤との相互作用様式を、水素原子の寄与を含めて明らかにすることができた。また、われわれは京都大学や兵庫県立大学と共同で、大強度陽子加速器施設(J-PARC)へのタンパク質解析専用のビームラインの建設を提案している。このビームラインは構造生物学研究者の共同利用を目的としており、従来の回折計では対応できなかった250${AA}$を超える大型結晶格子を持つタンパク質解析専用の中性子回折計を設置することにより、膜タンパク質やタンパク質複合体の中性子構造解析が可能となり、タンパク質の機能発現機構の原子レベルでの解明に大きく貢献すると考えられる。

口頭

中性子及びX線を相補的に利用した水和水の詳細構造の同定法

岡崎 伸生; 大原 高志*; 栗原 和男; 玉田 太郎; 黒木 良太

no journal, , 

タンパク質分子において、水和や脱水和並びに水素結合は立体構造の安定性に大きく影響し、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。タンパク質中性子結晶構造解析は水素原子の位置情報を得るのに優れた特性を有し、X線結晶構造解析で得られる情報を相補的に利用することでその決定精度はさらに向上すると期待される。しかし、水和水の向き(水素原子の位置)の同定については研究者に委ねられており、統一された方法がない。そこで中性子及びX線により得られた構造情報を相補的に利用することで水和水の詳細構造を計算により一義的に求めることを試みた。中性子回折及びX線回折から得られる原子核及び電子密度分布は各原子の散乱長の特性を反映している。われわれは中性子とX線の散乱長の違いに着目し、両者の差分("N-Xマップ"と呼ぶ)を取ることでその違いを際立たせ、原子の正確な同定が可能になると考えた。本研究では水和水の詳細な構造決定を目指し、N-Xマップの計算、及び得られたマップから水素原子位置の自動決定という手順で水和水の詳細な構造決定を行った。この手順により、研究者の恣意性を排除した水和水の向きの同定法が確立できると期待される。さらに、得られた恣意性を排除した水和水の構造情報を、現在われわれが運用している生体分子水素水和水データベース(HHDB)を用いて解析することで、水素水和水のより詳細な特徴を明らかにしたい。

口頭

シトクロムb5還元酵素反応中間体のX線結晶構造解析

山田 貢; 玉田 太郎; 松本 富美子; 竹田 一旗*; 木村 成伸*; 黒木 良太; 三木 邦夫*

no journal, , 

シトクロムb5還元酵素(以下、b5R)は、立体構造を構成する2つのドメイン間に1分子のFADを含み、NADHから二個の電子を受け取り、二分子のシトクロムb5に一電子ずつ伝達する酸化還元酵素である。二電子還元型b5R及び再酸化型b5Rの結晶解析によってb5Rの酸化還元サイクルにおける立体構造変化を解明する。二電子還元型b5Rの構造において、2つのドメイン配置が酸化型と比較して大きく変化し、FADのイソアロキサジン環は、平面のままNAD+とスタッキングしていた。さらに、b5Rの触媒サイクルに置いて重要な役割を果たすThr66は酸化型構造では、イソアロキサジン環のN5と水素結合を形成していないが、二電子還元型においては水素結合を形成可能な位置に移動していた。一方、再酸化型b5Rではニコチンアミド部位の電子密度が一部不明瞭な構造(再酸化型1)と、完全に消失した構造(再酸化型2)の2つを決定した。このことは、再酸化反応によってまずニコチンアミドが放出され、次いでADPリボースが放出される機構を示唆する。得られた還元型及び再酸化型b5Rの構造学的情報は、b5Rの機能を理解するうえで有用な知見である。

口頭

SENJUにおける構造解析の現状

鬼柳 亮嗣; 大原 高志*; 川崎 卓郎; 及川 健一; 田村 格良; 金子 耕士; 中尾 朗子*; 花島 隆泰*; 宗像 孝司*; 木村 宏之*; et al.

no journal, , 

2010年より建設が行われていたJ-PARC/MLF BL18の特殊環境微小単結晶中性子構造解析装置SENJUは、2012年3月より中性子ビームを受け入れ、コミッショニングを開始した。本発表では、コミッショニング中に測定した幾つかの標準試料の構造解析の詳細を報告するとともに、今後の課題等を議論する。例えば、標準試料として測定した1mm角のNaCl単結晶の測定では、ブラッグ反射位置から求めた格子定数は期待される値と良い一致を示した。構造解析の結果得られた最終的なR-factorはR=3.25%であり、パラメータも過去の結果と良い一致が得られている。幾つかの試料での構造解析を行った結果、改良されるべき点は幾つかあるものの、総じて、期待された通りの性能が得られていると言える。その他、ルビー,タウリン,グリシン等の測定結果も報告する予定である。

口頭

中性子回折法を用いたラフィノース五水和物の結晶構造研究

川崎 卓郎; 高橋 美和子*; 大原 高志*; 鬼柳 亮嗣; 及川 健一; 田村 格良; 金子 耕士; 中尾 朗子*; 花島 隆泰*; 宗像 孝司*

no journal, , 

本研究ではBL18/MLFで2012年3月から新たに稼働を開始した単結晶中性子回折装置SENJUを使用して、ラフィノース五水和物の結晶構造解析を行い、ラフィノースと水分子の間の水素結合の詳細を明らかにすることを目的とする。本発表はSENJUで実施された最初の一般課題の結果である。水溶液からの再結晶化によって作製した単結晶試料(0.7$$times$$0.7$$times$$2mm$$^{3}$$)を用いて、120Kで6方位についてそれぞれ8時間、回折強度を測定した。結晶構造解析の結果、非等方性温度因子を含めたすべての構造パラメータは妥当な値に収束した。結晶中で5つの水分子は水素結合によって互いに鎖状に結ばれているが、そのうち3つの水分子は4つの水素結合をもち、残る2つは3つの結合をもっている。後者の2分子の方が構造的に不安定であり、高温あるいは真空下において確認されている脱水反応において優先的に脱離するものと考えられる。

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