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

竹田一旗，三木邦夫，平野優水素原子の間の水素結合における共有結合性により，イオウ原子の負電荷が減少している可能性が示唆される．3.4電子輸送機構HiPIPがつかさどる電子輸送は，電子の受け取り，貯蔵および引き渡しに分けて考えることができる．今回の還元型HiPIPの電荷密度解析からは，これらのうち，電子貯蔵についての知見を得ることができた．鉄イオウクラスターの周辺での，鉄の3d軌道とイオウの3p軌道の重なり合いから，2つのサブクラスター内の原子間の電子的な相互作用は大きく，サブクラスター間の相互作用は小さいということを示すことができた．つまり，2つのサブクラスターは電子的な相互作用が小さいことが判明した．電荷分布の結果を考慮すると，FE1，FE2，S3，S4から構成されるサブクラスター1が，電子の貯蔵において主要な役割を担っていることが示唆された．4．おわりに今回の超高分解能での構造解析により，これまでの手法では解明できなかった電荷密度そのものの形状や電荷を解明することが可能となった．今後は酸化型HiPIPについても同様の解析を進めることによって，酸化還元状態の違いによる電荷密度の変化を捉えていきたいと考えている．また，今回のような電荷密度解析を多くのタンパク質に適用するための汎用的手法の確立を目指したい．今のところ，電荷密度解析が適用できる分解能は0.8 Aが必要であり，これに近い分解能が偶然に得られた結晶に適用が限定されている．今後は，結晶の分解能を向上させる方法と解析に必要な分解能をできるだけ低くする方法を組み合わせ，電荷分布が機能理解に重要なタンパク質すべてに対象を拡大していきたい．このような汎用化が実現できれば，さまざまな系で電子構造に関する情報を実験的に決定できるため，現在は量子化学計算からしか得られないタンパク質の物性や反応性について直接議論することが可能となる．さらに，実験結果と量子化学計算の結果を直接に比較できるようになるため，実験と理論の双方に相乗効果を期待することができる．謝辞研究室の楠本晃司修士，大野拓修士の結晶作製など実験条件の最適化および両氏をはじめとする学生諸氏の回折データ収集への協力，ならびにSPring-8，BL41XUビームラインスタッフのデータ測定支援に感謝します．文献1）竹田一旗，平野優，三木邦夫：日本結晶学会誌52, 14（2010）.2）竹田一旗，三木邦夫：生物物理51, 96（2011）.3）C. W. Carter Jr.: in＂Handbook of Metalloproteins＂, A. Messerschmidt,R. Huber, T. L. Poulos, K. Weighardt, eds. Wiley（New York）, 602（2001）.4）T. Nogi, I. Fathir, M. Kobayashi, T. Nozawa and K. Miki: Proc.Natl. Acad. Sci. USA 97, 13561（2000）.5）S. Niwa, L. J. Yu, K. Takeda, Y. Hirano, T. Kawakami, Z. Y. Wang-Otomo and K. Miki: Nature 508, 228（2014）.6）L. Liu, T. Nogi, M. Kobayashi, T. Nozawa and K. Miki: ActaCrystallogr. D58, 1085（2002）.7）K. Takeda, K. Kusumoto, Y. Hirano and K. Miki: J. Struct. Biol.169, 135（2010）.8）Y. Hirano, K. Takeda and K. Miki: Nature 534, 281（2016）．9）D. Flot, et al.: J. Synchrotron Rad. 17, 107（2010）.10）R. Henderson: Proc. Biol. Sci. 241, 6（1990）.11）R. L. Owen, E. Rudirio-Pinera and E. F. Garman: Proc. Natl. Acad.Sci USA 103, 4912（2006）.12）Z. Otwinowski and W. Minor: Meth. Enzymol. 276, 307（1997）.13）G. M. Sheldrick: Acta Crystallogr. A64, 112（2008）.14）N. K. Hansen and P. Coppens: Acta Crystallogr. A34, 909（1978）.15）B. Guillot, L.Viry, R. Guillot and C. Lecomte: J. Appl. Crystallogr.34, 214（2001）.16）B. Zarychta, V. Pichon-Pesme, B. Guillot, C. Lecomte and C.Jelsch: Acta Crystallogr. A63, 108（2007）.17）R. F. W. Bader:＂Atoms in Molecules-A Quantum Theory＂, OxfordUniversity Press（1990）.18）T. S. Koritsanszky and P. Coppens: Chem. Rev. 101, 1583（2001）.19）M. Yu and D. R. Trinkle: J. Chem. Phys. 134, 064111（2011）.20）D. S. Berkholz, C. M. Driggers, M. V. Shapovalov, R. L. Dunbrack,Jr. and P. A. Karplus: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 109, 449（2012）.21）Y. -F. Wang, Z. -Y. Yu, J. Wu and C. -B. Liu: J. Phys. Chem. A 113,10521（2009）.22）G. T. Smith, P. R. Mallinson, C. S. Frampton, L. J. Farrugia, R. D.Peacock and J. A. K. Howard: J. Am. Chem. Soc. 119, 5028（1997）.23）A. Dey, C. L. Roche, M. A. Walters, K. O. Hodgson, B. Hedman andE. I. Solomon: Inorg. Chem. 44, 8349（2005）.プロフィール竹田一旗Kazuki TAKEDA京都大学大学院理学研究科Graduate School of Science, Kyoto University〒606-8502京都市左京区北白川追分町Sakyo-ku, Kyoto 606-8502, Japane-mail: ktakeda@kuchem.kyoto-u.ac.jp平野優Yu HIRANO量子科学技術研究開発機構高崎量子応用研究所東海量子ビーム応用研究センターTokai Quantum Beam Science Center, NationalInstitutes for Quantum and Radiological Science andTechnology〒319-1106茨城県那珂郡東海村大字白方2番地4Tokai-mura, Ibaraki 319-1106, Japane-mail: hirano.yu@qst.go.jp三木邦夫Kunio MIKI京都大学大学院理学研究科Graduate School of Science, Kyoto University〒606-8502京都市左京区北白川追分町Sakyo-ku, Kyoto 606-8502, Japane-mail: miki@kuchem.kyoto-u.ac.jp272日本結晶学会誌第58巻第6号（2016）