Thermodynamic Analysis of Conformational Change Important to Protein Function

M. Oda
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Abstract

生命科学分野では,タンパク質をはじめとする生体分子 の構造と機能との相関解明が重要な研究課題となっている。 その中でも特に溶液中で機能するタンパク質の構造的揺ら ぎの解明は重要で,構造から機能を知る上で必要不可欠な 知見である。タンパク質構造におけるダイナミクスの寄与 は,X線結晶解析をはじめとする既存の立体構造解析手法 では捉えにくい情報で,熱力学解析や速度論解析などを併 用し,解明する必要がある。特に熱力学解析で得られるエ ントロピー量は,タンパク質の柔らかさや水和の程度を示 す極めて重要な知見となりえる。筆者らはこれまで,DNA 結合タンパク質,抗体,主要組織適合遺伝子複合体(MHC) タンパク質,酵素など,種々のタンパク質を対象として, 多角的にタンパク質の構造機能解析を行ってきた。NMRや X線結晶解析による立体構造解析,示差走査型熱量計 (DSC)や等温滴定型熱量計(ITC)による熱力学解析,ス トップトフロー法や表面プラズモン共鳴バイオセンサーに よる速度論解析などにより,タンパク質が相手を如何に認 識し機能するか,その時にタンパク質の柔らかさが如何に 関与するか,といった問題の解明を目指している。本解説 では,タンパク質の立体構造変化がその分子認識に重要な 役割を果たしている例を取り上げ,熱力学解析結果とその 意義に焦点をあてて紹介したい。
对蛋白质功能重要的构象变化热力学分析
在生命科学领域,阐明以蛋白质为首的生物分子的结构和功能之间的相关性是重要的研究课题。其中,对在溶液中发挥作用的蛋白质的结构波动的阐明尤为重要,是了解从结构到功能不可或缺的知识。以X射线结晶分析为首的现有立体结构分析方法很难捕捉到蛋白质结构中动力学的贡献,需要同时利用热力学分析和速度论分析等来阐明。特别是通过热力学分析得到的熵量,可以成为反映蛋白质柔软度和水合程度的极其重要的知识。迄今为止,笔者以DNA结合蛋白质、抗体、主要组织匹配基因复合体(MHC)蛋白质、酶等多种蛋白质为对象,从多个角度分析了蛋白质的结构功能。利用NMR和X射线结晶分析进行立体结构分析,利用示差扫描型热量表(DSC)和等温滴定型热量表(ITC)进行热力学分析,利用水滴法和表面等离子门共鸣生物传感器通过夜速度论分析等,旨在阐明蛋白质是如何识别对方并发挥作用的,以及与蛋白质的柔软度有何关系等问题。在本解说中,举出蛋白质的立体结构变化对分子识别起着重要作用的例子,将重点介绍热力学分析结果及其意义。
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