ブックタイトル日本結晶学会誌Vol58No6

概要

日本結晶学会誌Vol58No6

日本結晶学会誌58，267-272（2016）最近の研究から高電位鉄イオウタンパク質HiPIPの超高分解能結晶構造と電荷密度解析京都大学大学院理学研究科竹田一旗，三木邦夫量子科学技術研究開発機構（QST）平野優Kazuki TAKEDA, Yu HIRANO and Kunio MIKI: Ultra-high Resolution CrystalStructure and Charge Density Analysis of High-potential Iron-sulfur Protein, HiPIPWe have determined the crystal structure at 0.48 A resolution of high-potential iron-sulfurprotein, HiPIP, which is a small soluble protein playing as an electron carrier in photosyntheticbacteria. The ultra-high resolution structure of HiPIP enabled us to perform charge-density analyseswhere distributions of valence electrons were clearly visualized as the first case of metalloproteins. Atopological analysis of the charge density provided electronic structure information for the iron-sulfur（Fe 4 S 4）cluster as well as the peptide portion.1．はじめに現在，PDB（Protein Data Bank）には12万を超えるタンパク質の構造が登録されている．そのうち85％程度がX線結晶解析法によるもので，3～1.5 Aの分解能で決定されたものである．このような通常の分解能でのX線構造解析では，電子密度上で個々の原子は分離できない（図1a）．したがって，電子密度の塊の中にポリペプチドの主鎖や側鎖の構造をあてはめることで，タンパク質のフォールディングならびに活性部位の構造を解明している．1.5 A分解能以上の高分解能になると各原子は分離され始める（図1b）．分解能が高くなるにつれて，非水素原子を異方性温度因子で精密化することが可能になり，より多くの水素原子を電子密度で確認できるようになる．0.8 A分解能以上では，ほとんどすべての水素原子を解析に含めることが可能となり，構成される各原子を孤立した電子密度として観測できるようになる（図1c）．また，非球状の電子密度分布を多極子展開法により解析することも可能となる．これにより，ペプチド結合の結合電子や非共有電子対，金属のd電子などの外殻電子分布に関する実験的な情報を得ることができる.1）,2）しかし，そのような高分解能での構造解析例は少なく，0.8 A分解能以上の解析例はPDBの登録数のわずか0.05％程度（70件程度）に過ぎない．しかしながら，近年の放射光施設の高度化に相まって，このような超高分解能構造解析は，とくに今世紀に入ってから着実にその数を増や図1さまざまな分解能におけるタンパク質結晶の電子密度図．（Electrondensitymapsatvariousresolutions.）HiPIPのFe4S4クラスター（上），およびポリペプチド鎖とトリプトファン残基（下）．2Fo?Fcマップ（1.5σ）を灰色の表面として，水素原子をオミットしたFo?Fcマップ（3σ）を水色の表面として示した．（a）3.0A分解能．（b）1.5A分解能．（c）0.8 A分解能．編集部注：カラーの図はオンライン版を参照下さい．日本結晶学会誌第58巻第6号（2016）267