2023 Fiscal Year Final Research Report

Reaction initiation techniques in time-resolved experiments

Planned Research

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Project Area	Non-equilibrium-state molecular movies and their applications
Project/Area Number	19H05781
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
Allocation Type	Single-year Grants
Review Section	Complex systems
Research Institution	Tohoku University (2020-2023) Institute of Physical and Chemical Research (2019)
Principal Investigator	Nango Eriko 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (90376947)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	清水伸隆大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 教授 (20450934) 大和田成起公益財団法人高輝度光科学研究センター, XFEL利用研究推進室, 主幹研究員 (90725962) 宮下治国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, 上級研究員 (10620528) 庄司光男筑波大学, 計算科学研究センター, 助教 (00593550) 篠田恵子東京大学, 先端科学技術研究センター, 特任助教 (80646951)
Project Period (FY)	2019-06-28 – 2024-03-31
Keywords	X線自由電子レーザー / 時分割実験 / 溶液散乱 / 温度ジャンプ / 結晶構造解析
Outline of Final Research Achievements	Time-resolved serial femtosecond crystallography (SFX) using an X-ray free electron laser is currently the only method that can obtain protein dynamic structures with high temporal and spatial resolution. In particular, time-resolved SFX using a pump laser has led to successful results. However, most of proteins are photo non-excitable, and it is necessary to develop a versatile reaction initiation technique. In this project, we worked on the development of a temperature jump method for SFX and "mixed and inject" SFX experiments by rapid mixing of substrates. We also developed a solution scattering method using an X-ray free electron laser to overcome the limitations imposed by crystals.
Free Research Field	X線結晶構造解析
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	時分割SFX はその高い空間・時間分解能から、これまで原子分解能で追うことのできなかった化学反応などの早い反応の追跡に適している。従って、従来得られなかった構造的及び化学的な知見を得られることが期待される。本班はこうした動的な構造変化を可視化するための技術の確立を目指すだけでなく、本領域のA01から提供される数多くのタンパク質試料の動的構造解析の促進に貢献できる。また、ケミカルバイオロジーや計算科学の班と連携することにより、本法を更に発展させることが期待される。