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Application of novel THz ESR for metalloenzymes

Research Project

Project/Area Number 21K18937
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 32:Physical chemistry, functional solid state chemistry, and related fields
Research InstitutionSaga University

Principal Investigator

Horitani Masaki  佐賀大学, 農学部, 准教授 (80532134)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 大久保 晋  神戸大学, 分子フォトサイエンス研究センター, 准教授 (80283901)
原 茂生  神戸大学, 研究基盤センター, 特命技術員 (60520012)
Project Period (FY) 2021-07-09 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywords金属酵素 / 電子常磁性共鳴 / テラヘルツ / ヘムタンパク質 / 高周波数強磁場ESR / 整数スピン / 金属タンパク質 / 電子スピン共鳴法 / 整数スピン系 / 高周波数・強磁場ESR / ジャイロトロン / 強磁場 / テラヘルツESR / ヘム酵素
Outline of Research at the Start

電子スピン共鳴法(ESR)はこれまで数多くの金属酵素研究に応用されてきた。しかし、市販の装置では測定対象が半整数スピン系の時のみに限定される。このデメリットを解消するため、強磁場・高周波数のESR装置の開発が行われているが、低感度装置であるため希薄スピン濃度系である金属酵素への応用研究はほとんどなされていない。本研究では全ての金属酵素が測定対象になる高感度テラヘルツESR装置を開発し、長年多くの研究者によって注目され続けているヘム酵素の反応多様性について、電子状態・配位構造の両面から解き明かす。さらに、ESR法があらゆる生体分子に適用できるようにし、生体分子ESRの研究拠点になることを目指す。

Outline of Final Research Achievements

The function of metalloprotein has a relationship with the electron structure of metal ion in the active site. The conventional EPR, however, can detect signals from metalloproteins with half interger spin system. Thus we have developed high frequency and high field EPR spectroscopy.
The EPR transistion of metalloproteins was not observed by using reacently developed high frequency EPR spectroscopy since metalloprotein has only one metal ion in the large macromolecule. To increase the sensitivity of high frequency EPR, we have utilized gyrotpron THz osillator as a light source, which was one thousand to one million higher power.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

高検出感度である熱検出器および高出力発振器であるジャイロトロンを利用することで、これまで不可能だと考えられていた金属タンパク質の高周波数・強磁場電子スピン共鳴(ESR)信号の観測に成功した。これにより市販の装置で信号検出できる金属タンパク質以外の試料や反応中間体も研究対象となることが明らかになった。また、ジャイロトロンを利用した最大出力テラヘルツ光を利用することで、市販の装置ではESR信号を飽和させることのできない金属タンパク質も飽和させられることが明らかになった。この現象は通常のESRより発展的な測定法である電子-核二重共鳴法(ENDOR)への応用が可能であることを示している。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (42 results)

All 2024 2023 2022 2021 Other

All Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 4 results) Presentation (32 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 6 results) Book (1 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Identification of Genes Responsible for the Synthesis of Glycitein Isoflavones in Soybean Seeds2024

    • Author(s)
      Horitani Masaki、Yamada Risa、Taroura Kanami、Maeda Akari、Anai Toyoaki、Watanabe Satoshi
    • Journal Title

      Plants

      Volume: 13 Issue: 2 Pages: 156-156

    • DOI

      10.3390/plants13020156

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    • Author(s)
      Kobayashi Kazuo、Ito Yuko Tsutsui、Kasu Yuri、Horitani Masaki、Kozawa Takahiro
    • Journal Title

      Journal of Inorganic Biochemistry

      Volume: 238 Pages: 112035-112035

    • DOI

      10.1016/j.jinorgbio.2022.112035

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    • Author(s)
      Takeda Hanae、Shimba Kanji、Horitani Masaki、Kimura Tetsunari、Nomura Takashi、Kubo Minoru、Shiro Yoshitsugu、Tosha Takehiko
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry B

      Volume: 127 Issue: 4 Pages: 846-854

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.2c05852

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    • Author(s)
      Ishizaka M, Chen M, Narai S, Tanaka Y, Ose T, Horitani M, Yao M.
    • Journal Title

      International Journal of Molecular Sciences

      Volume: 24 Issue: 1 Pages: 833-833

    • DOI

      10.3390/ijms24010833

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    • Author(s)
      Yamashita Tatsuya、Matsuda Hiroki、Koizumi Kyohei、Thirumalaisamy Logu、Kim Myeongok、Negishi Lumi、Kurumizaka Hitoshi、Tominaga Yoriko、Takagi Yoshihiro、Takai Ken、Okumura Taiga、Katayama Hidekazu、Horitani Masaki、Ahsan Nazmul、Okada Yoshitaka、Nagata Koji、Suzuki Yohey、Suzuki Michio
    • Journal Title

      Acta Biomaterialia

      Volume: 162 Pages: 110

    • DOI

      10.1016/j.actbio.2023.03.005

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      Nagasawa Tomotaka、Horitani Masaki、Kawaguchi Shin‐ichi、Higashiyama Shigeki、Hama Yoichiro、Mitsutake Susumu
    • Journal Title

      FEBS Open Bio

      Volume: 11 Issue: 11 Pages: 3081-3089

    • DOI

      10.1002/2211-5463.13301

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    • Journal Title

      Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry

      Volume: 85 Issue: 9 Pages: 1995-2002

    • DOI

      10.1093/bbb/zbab123

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      2023 International Joint Meeting of the 23rd International Conference on Cytochrome P450 and the 38th Annual Meeting of the Japanese Society for the Study of Xenobiotics (2023 ICCP450/JSSX)
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      Mone Kuroiwa, Ryo Kakiuchi, Tasuku Hirayama,Masaki Horitani
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      堀谷 正樹, 杉本 宏, 渡邉 啓一
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      矢垰 紅音, 浅香 里緒, 杉本 宏, 渡邉 啓一, 堀谷 正樹
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  • [Book] ヘムタンパク質の科学、第5章 測定解析技術・第3節 "磁気共鳴EPRでヘムタンパク質の何をみるか?―活性中心の電子状態とミクロ分子環境―2022

    • Author(s)
      堀谷 正樹、堀 洋
    • Total Pages
      472
    • Publisher
      エヌ・ティー・エス 監修:城 宜嗣、青野 重利、齋藤 正男
    • ISBN
      9784860437787
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    • URL

      http://horitani.ag.saga-u.ac.jp/horitanilab/research.html

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    • URL

      http://horitani.ag.saga-u.ac.jp/horitanilab/index.html

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Published: 2021-07-13   Modified: 2025-01-30  

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