構造生物学：超高分解能0.48 Åでの鉄硫黄タンパク質の電荷密度解析

水素原子の位置や価電子の分布、結合水の配向のような、タンパク質の微細構造は、タンパク質の動的、化学的性質の決定に非常に重要な因子である。分解能が3.0～1.5 Åの通常のタンパク質X線解析では、原子としては分離できない電子密度図にアミノ酸を当てはめ、強い制約下で精密化計算を行うため、そのような情報は得られない。それゆえ、我々は通常、小分子について得られた既存の化学的な知識により、タンパク質中の水素原子や価電子の情報を補完している。しかし現在でさえも、そのような情報を量子化学計算で得ることは、特に多核金属タンパク質の場合には、困難な場合が多い。今回我々は、0.48 Åという超高分解能のX線データを用いた、好熱性紅色細菌Thermochromatium tepidum由来の高電位鉄–硫黄タンパク質の電荷密度解析を報告する。通常の精密化における残余電子密度は、多極性精密化で価電子に帰属した。Fe₄S₄クラスターの鉄3dと硫黄3p電子密度が原子の周辺で可視化できた。そのような情報から、タンパク質中の金属錯体価電子の最も詳細なふるまいを見ることができる。鉄–硫黄クラスターやそれを取り巻くタンパク質環境の非対称性から、電子移動における電荷の貯蔵の構造基盤が示唆された。我々の電荷密度解析により、金属錯体周辺の多くの微細構造が今回初めて明らかになり、金属タンパク質のさらなる理論的、実験的研究が可能となる。

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