クライオ電顕により電荷、水素原子、化学結合を可視化 －タンパク質の詳細な化学特性の理解から、創薬への貢献に期待－

クライオ電顕により電荷、水素原子、化学結合を可視化－タンパク質の詳細な化学特性の理解から、創薬への貢献に期待－

2023年6月 1日 10:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇多元物质科学研究所　教授　米仓功治

【概要】

理化学研究所（理研）放射光科学研究センター利用システム开発研究部门厂础颁尝础ビームライン基盘グループイメージング开発チームの眞木さおり研究员、利用技术开拓研究部门生体机构研究グループの川上恵典研究员、米仓功治グループディレクター（东北大学多元物质科学研究所教授）、高场圭章基础科学特别研究员、濵口祐研究员（研究当时）の研究チームは、クライオ电子顕微镜^[1]を用いた単粒子解析^[2]から、タンパク质中のほとんどの水素原子の可视化と、电荷?化学结合に関わる情报の取得に成功しました。

本研究成果は、生理的な环境に近い水溶液中のタンパク质の机能を决定する详细な构造特性が観察可能なことを示すもので、今后、タンパク质の化学的性质?机能の理解を深め、生命科学や医学、创薬に贡献すると期待できます。

タンパク质中の水素原子、电荷、化学结合の极性^[3]は、构造の安定化に重要な役割を果たすとともに、酵素触媒作用、エネルギー伝达、基质や薬剤との结合など、さまざまな机能と性质に大きな影响を及ぼします。

摆4闭で明らかにしました。最も軽い原子である水素原子からの信号は弱く、可视化が难しいことが知られていますが、解析を工夫した结果、タンパク质の安定部位にあるほぼ全ての水素原子と、负に帯电したアミノ酸の电荷を可视化することに成功しました。また、得られた构造は、水素原子の结合距离からその化学结合の种类を判别できる精度を持つことも示しました。&驳迟;

本研究は、オンライン科学雑誌『Communications Chemistry』（5月31日付：日本時間5月31日）に掲載されました。

タンパク质中のアミノ酸の详细构造（緑の网目は水素原子、赤の网目は负电荷に対応）

【用语解説】

[1] クライオ電子顕微鏡
タンパク质などの生体分子を水溶液中の生理的な环境に近い状态で、电子顕微镜で観察するために开発された手法。まず、试料を含む溶液を液体エタン（约-170℃）中に落下させ急速冻结し、アモルファス（非晶质、ガラス状）な薄い氷に包埋する。これを液体窒素（-196℃）冷却下で、电子顕微镜観察する。电子顕微镜内の真空中で试料を氷中に保持でき、また、冷却することで电子线の照射による损伤を减らせる。

[2] 単粒子解析
电子顕微镜で撮影した多数の生体分子の像から、その立体构造を决定する构造解析手法。クライオ电子顕微镜の技术进歩により、结晶を作らなくても分子の详细な构造が得られるようになったことから急速に普及した。この発展を受け、クライオ电子顕微镜の基础技术の开発に贡献した3名のパイオニアに2017年のノーベル化学赏が赠られた。

[3] 化学結合の極性
化学结合した原子の电荷分布に偏りがあること、あるいはその偏りのこと。偏りがない场合は非极性という。

[4] 空間分解能、分解能
どのくらい细かくものを「见る」ことができるかの指标。空间分解能の値が小さい（分解能が高い）ほど、物质をより精细に観测できる。原子の大きさは、1オングストローム（?、1?は100亿分の1メートル）程度で、个々の原子の解像には1?程度の空间分解能が必要である。

详细（プレスリリース本文）