固体NMR法によるマイクロ波励起分子機構のIn-Situ測定法の開発

• Project Area: Microwave-Excited, High-Temperature Thermally Non-Equilibrium Reaction Fields
• Project/Area Number: 21017002
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 内藤 晶 横浜国立大学, 工学研究院, 教授 (80172245)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥9,500,000 (Direct Cost: ¥9,500,000); Fiscal Year 2010: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2009: ¥6,100,000 (Direct Cost: ¥6,100,000)
• Keywords: マイクロ波加 / 固体NMR / マグネトロン / 液晶分子 / 非平衡過程 / 相転移現象 / 状態相関二次元NMR / タンパク質変性 / マイクロ波加熱 / 状態相関二次元N

Research Abstract

液晶分子はマイクロ波のエネルギーを吸収して容易に加熱することができる。この液晶分子とマイクロ波との相互作用により、加熱される非平衡過程を分子レベルで観測する試みを行った。このマイクロ波加熱の分子機構を分子レベルで観測することを目的として、マイクロ波加熱固体NMR装置の開発を行い、液晶分子のマイクロ波加熱による非平衡局所分子構造変化および局所分子動力学変化を分子レベルでIn-Situ観測する実験システムの開発を目的とした。
1) 前年度に開発した固体NMR用マイクロ波加熱装置のラジオ波との分離を向上して、マイクロ波照射中にNMR信号が測定できる装置の開発を行った。さらにNMR分光器のパルスと同期したマイクロ波パルスを発生し、二次元NMRなどの高度なNMR測定が可能なNMR装置を開発した。
2) 完成したマイクロ波加熱固体NMRシステムを用いて液晶の系でパルスマイクロ波照射による温度ジャンプNMR実験を行い、マイクロ波照射直後の液晶のNMR信号のスナップショットを観測した。特に液晶ゲル相転移点付近では大きな相互作用変化が生じて等方相に変化するが、このとき大きなNMR信号の変化を観測することができた。この大きな信号の変化から液晶分子においてマイクロ波のエネルギーを吸収したマイクロ波励起状態を特定することが可能になった。マイクロ波加熱により液晶分子がマイクロ波のエネルギーを吸収する過程を原子分解能で観測するため、マイクロ波過熱を用いた、状態相関2次元NMR分光法を開発した。
3) タンパク質の天然状態と変性状態の状態相関二次元NMRスペクトルの観測が可能となり、タンパク質のマイクロ波変性の観測という新しい分野を開いた。

Research Products

• [Journal Article] 光センサータンパク質の情報伝達機能-光受容膜タンパク質の光反応サイクルと信号伝達機構 (2011)
  • Author(s): 内藤晶
  • Journal Title: 化学 Volume: 66 Pages: 68-69
• [Journal Article] Interaction of epicatechin gallate with phospholipids membranes as revealed by solid-state NMR spectroscopy. (2011)
  • Author(s): Y.Uekusa
  • Journal Title: Biochim.Biophys.Acta Volume: 1808 Pages: 1654-1660
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Suppressed or recovered intensities analysis in site-directed 13C NMR : Assessment of low-frequency fluctuations in bacteriorhodopsin and D85N mutants revisited. (2010)
  • Author(s): H.Saito
  • Journal Title: Biochim.Biophys.Acta Volume: 1708 Pages: 167-176
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamic structure of bombolitin II bound to lipid bilayers as revealed by solid-state NMR and molecular-dynamics simulation (2010)
  • Author(s): S.Toraya
  • Journal Title: Biophys.J. Volume: 99 Pages: 3282-3289
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Separation of local field of individual protons in nematic phase of 4'-ethoxybenzylidene-4-n-butylaniline by microwave heating 2D NMR spectroscopy. (2010)
  • Author(s): A.Naito
  • Journal Title: Materials Science & Technology Pages: 2886-2893
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structure elucidation of membrane associated peptides and proteins bound in oriented bilayer systems by solid-state NMR spectroscopy (2009)
  • Author(s): A.Naito
  • Journal Title: Trend Solid-State Nuclear Magnetic Resonance 36 Pages: 67-76
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 固体NMRによる細菌模倣膜に対するラクトフェランピンの相互作用と抗菌活性の解明 (2009)
  • Author(s): 堤敦史
  • Journal Title: ラクトフェリン2009 Pages: 121-126
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Micropatterning of perfluoroalkyl self-assembled monolayers for arraying proteins and cells on chips (2009)
  • Author(s): A.Kira
  • Journal Title: Applied Surface Science 255 Pages: 7647-7651
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Suppressed or recovered intensities analysis in site-directed ^<13>C NMR : Assessment of low-frequency fluctuation in bacteriorhodopsin and D85N mutants revisited (2009)
  • Author(s): H.Saito
  • Journal Title: Biochim.Biophys.Acta 1798 Pages: 167-176
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Participation of the BC loop in the correct folding of bacteriorhodopsin as revealed by solid-state NMR (2009)
  • Author(s): I.Kawamura
  • Journal Title: Photocemistry and Photobiology 85 Pages: 624-630
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Structure elucidation of membrane associated peptides and proteins under oriented and photo-irradiated conditions by site-directed solid-state NMR (2010)
  • Author(s): A.Naito
  • Organizer: Pacifichem 2010
  • Place of Presentation: Honolulu, USA
  • Year and Date: 2010-12-15
• [Presentation] Detection of photo-intexwediates and structural change of proteins in ppR-pHtrII complex as revealed by in-situ photo-irradiated solid-state NMR spectroscopy. (2010)
  • Author(s): 内藤晶
  • Organizer: 第83回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド
  • Year and Date: 2010-12-07
• [Presentation] Detectioin of photo-intermediates in retinal proteins by in-situ photo-irradiated solid-state NMR (2010)
  • Author(s): 内藤晶
  • Organizer: 第49回NMR討論会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀
  • Year and Date: 2010-11-16
• [Presentation] Dynamic structure of bombolitin II bound to lipid bilayers as revealedby solid-state NMR and molecular dynamics simulation. (2010)
  • Author(s): 内藤晶
  • Organizer: 第48回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2010-09-20
• [Presentation] Detection of photo-intermediates in phoborhodopsin as revealed by in-situ photo-irradiated solid-state NMR spectroscopy. (2010)
  • Author(s): A.Naito
  • Organizer: 14^<th> International Conference on Retinal Proteins
  • Place of Presentation: UCSD, USA
  • Year and Date: 2010-08-04
• [Presentation] 光照射固体NMRを用いた古細菌由来ロドプシンの光応答機構の解明-光照射NMRからロドプシンの光応答機構を探る- (2010)
  • Author(s): 内藤晶
  • Organizer: 分子科学研究会 拡がるロドプシンの仲間から"何がわかるか""何をもたらすか"
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター
  • Year and Date: 2010-03-24
• [Presentation] Structure Elucidation of Membrane Associated Peptides and Proteins Bound to Lipid Bilayers as Revealed by Solid-state NMR (2010)
  • Author(s): Akira Naito
  • Organizer: PepCon 2010
  • Place of Presentation: Beijing
  • Year and Date: 2010-03-22
• [Presentation] Structure Elucidation of Membrane-Associated Peptides and Proteins under Oriented, Photoirradiated and Pressure Induced Conditions by Site Directed Solid-State NMR (2010)
  • Author(s): Akira Naito
  • Organizer: NMRS-2010
  • Place of Presentation: Luchnow
  • Year and Date: 2010-02-23
• [Presentation] Photoilluminated and pressure induced isomerization of retinal in retinal proteins and the structural change of proteins as studied by solid-state NMR (2009)
  • Author(s): 内藤晶
  • Organizer: 第48回NMR討論会
  • Place of Presentation: 九州大学医学部百年講堂
  • Year and Date: 2009-11-11
• [Presentation] 固体NMRによる膜タンパク質の構造、ダイナミクス、相互作用と活性相関の解析 (2009)
  • Author(s): 内藤晶
  • Organizer: 第47回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: アスティとくしま
  • Year and Date: 2009-11-01
• [Presentation] 固体^<13>C NMRによるグルカゴンのアミロイド線維形成におよぼす脂質膜の効果の解析 (2009)
  • Author(s): 内藤晶
  • Organizer: 第82回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド
  • Year and Date: 2009-10-22
• [Presentation] 固体NMRの基礎と生体分子構造解析の最新手法 (2009)
  • Author(s): 内藤晶
  • Organizer: 第10回若手NMR研究会
  • Place of Presentation: IPC生産性国際交流センター
  • Year and Date: 2009-09-05
• [Book] 広がるNMRの世界 (2011)
  • Author(s): 内藤晶
  • Total Pages: 132
  • Publisher: コロナ社
• [Remarks]
  • URL: http://www.chem.ynu.ac.jp/lab/naitolab/
• [Remarks]
  • URL: http://www.chem.ynu.ac.jp/lab/naitolab/