独立行政法人日本原子力研究開発機構/国立大学法人奈良先端科学技術大学院大学
平成22年7月28日
独立行政法人日本原子力研究開発機構
国立大学法人奈良先端科学技術大学院大学

タンパク質の生命機能発現に関する水の本質的役割を解明
−タンパク質と水和水の「構造の揺らぎ」を中性子により観測−

独立行政法人日本原子力研究開発機構(理事長 岡ア俊雄)の量子ビーム応用研究部門の中川洋研究員と、国立大学法人奈良先端科学技術大学院大学(学長 磯貝彰)物質創成科学研究科の片岡幹雄教授の共同研究グループは、タンパク質表面を覆っている水(水和水)がネットワークを形成することが、タンパク質が生命機能を発現するために本質的に重要な役割を果たしていることを明らかにしました。

タンパク質等の生体分子と水との関係を明らかにすることは、生命を理解するための根本的な課題です。生命機能の発現を担う基本素子であるタンパク質は、細胞内の水中において、その構造を巧みに変化させ動くこと(構造の揺らぎ1))によって機能を発揮しています。この「構造の揺らぎ」には、その表面を覆っている水和水2)と呼ばれる水が重要な働きをしていると考えられていますが、水和水のどのような性質が原因であるのかについては良く分かっていませんでした。

今回、中川研究員らのグループは、モデルタンパク質である核酸分解酵素スタフィロコッカルヌクレアーゼ3)について、タンパク質と水和水の動きを研究用原子炉JRR-34)における中性子散乱実験により観測するとともに、計算機シミュレーションを行い、タンパク質の構造の揺らぎに対する水和水の影響を定量的に調べました。その結果、水和水がタンパク質の表面全体を覆うネットワークを形成し、その水和水ネットワークの揺らぎがタンパク質の構造の揺らぎを誘導すること、すなわち、「タンパク質が生命機能を発現するには水和水がネットワークを形成することが必須である」ことを初めて明らかにしました。

この研究は、生命活動における分子レベルでの水の本質的役割に関する極めて重要な基礎的知見を与えるものであり、今後、酵素活性機構の解明や創薬設計手法の高度化、食品保存の研究など多岐の分野への貢献が期待されます。

なお、この研究成果は、2010年7月26日にJournal of the Physical Society of Japan のオンライン版に掲載されるとともに、JPSJ編集委員会が推薦する注目論文としてEditor's Choiceに選ばれました。

以上

参考部門・拠点:量子ビーム応用研究部門

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