Structure and function relationship of enzymes studied by single-molecule spectroscopy at liquid-helium temperature

2009 Fiscal Year Self-evaluation Report

• Project Area: Molecular Science for Supra Functional Systems ? Development of Advanced Methods for Exploring Elementary Process
• Project/Area Number: 19056011
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: MATSUSHITA Michio Tokyo Institute of Technology, 大学院・理工学研究科, 准教授 (80260032)
• Project Period (FY): 2007 – 2011
• Keywords: 一分子 / タンパク質 / 低温 / 分光 / 構造機能相関

Research Abstract

酵素は生理条件下で絶えずその三次元構造を変えながら機能している。液体ヘリウム温度における単一タンパク質分光は、酵素が生理条件下で取る様々な構造を一個一個つぶさに観察できる、という点で他の手法では全く不可能な情報が得られる。しかし、これまでこの手法は技術的に近赤外領域に限られており、ごく僅かのタンパク質しか研究できなかった。
我々は可視域の実験を可能にしてこの手法を一般化するとともに、青色光によって自らの酵素機能を制御する青色受容体酵素の分子内機能制御機構を解明することを目的としている。これを実現するために必要な課題は以下の通りである。
(1) 液体ヘリウム中で使える可視光用対物レンズの開発。
(2) 単一タンパク質観察中の試料の温度変化の実現。

Research Products

• [Journal Article] Single-component reflecting objective for ultraviolet imaging and spectroscopy at cryogenic temperature (2009)
  • Author(s): Masanori Fujiwara, Satoru Fujiyoshi, Michio Matsushita
  • Journal Title: J. Opt. Soc. Am. B 26(7) Pages: 1395-99
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Visible Fluorescence Spectroscopy of Single Proteins at Liquid-Helium Temperature (2008)
  • Author(s): Satoru Fujiyoshi, Masanori Fujiwara, Michio Matsushita
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett. 100(16) Pages: 168101-1-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] How Deep Is the Potential Well Confining a Protein in a Specific Conformation? A Single-Molecule Study on Temperature Dependence of Conformational Change between 5 and 18 K (2008)
  • Author(s): Hiroyuki Oikawa, Satoru Fujiyoshi, Takehisa Dewa, Mamoru Nango, Michio Matsushita
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. (Communication) 130(14) Pages: 4580-4581
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Single-component reflecting objective for low-temperature spectroscopy in the entire visible region (2007)
  • Author(s): Satoru Fujiyoshi, Masanori Fujiwara, Changman Kim, Michio Matsushita, Antoine M. van Oijen, Jan Schmidt
  • Journal Title: App. Phys. Lett. 91(5) Pages: 051125-1-4
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 低温下における単一タンパク質分光のための反射対物レンズの開発 (2009)
  • Author(s): 藤原正規、藤芳暁、松下道雄
  • Organizer: 第3回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 20090921-24
• [Presentation] 光活性化アデニル酸シクラーゼの単一タンパク質分光 (2009)
  • Author(s): 藤芳暁、平野充遥、松下道雄、伊関峰夫、渡辺正勝
  • Organizer: 第3回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 20090921-24
• [Presentation] 低温の単一タンパク質分光の励起過程の検討 (2008)
  • Author(s): 藤芳暁、平野充遥、古屋陽、藤原正規、松下道雄、伊関峰夫、渡辺正勝
  • Organizer: 第2回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 20080924-27
• [Presentation] 顕微分光による光合成アンテナ複合体間のエネルギー移動の研究 (2008)
  • Author(s): 古屋内山大輔、藤芳暁、松下道雄、末守良春、出羽毅久、南後守
  • Organizer: 日本物理学会第63回年次大会
  • Place of Presentation: 東大阪
  • Year and Date: 20080322-26
• [Presentation] ニ光子蛍光による低温の単一タンパク質分光 (2008)
  • Author(s): 藤芳暁、松下道雄
  • Organizer: 日本物理学会第63回年次大会
  • Place of Presentation: 東大阪
  • Year and Date: 20080322-26
• [Presentation] 1. 5 Kで使える反射対物レンズの球面収差及び色収差の改善 (2008)
  • Author(s): 藤原正規、藤芳暁、松下道雄
  • Organizer: 日本物理学会第63回年次大会
  • Place of Presentation: 東大阪
  • Year and Date: 2008-03-23