^<15>N,^<13>C,^2H固体NMRによる繊維・高分子の非晶構造とダイナミクスの解明

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09450357
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: 朝倉 哲郎 東京農工大学, 工学部, 教授 (30139208)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 出村 誠 東京農工大学, 機器分析センター, 講師 (70188704)
• Keywords: 絹フィブロイン / 固体NMR / 蛋白質の安定同位体ラベル / スピン-拡散NMR / 非晶構造 / ダイナミクス

Research Abstract

繊維状蛋白質として、絹フィブロインを選らんだ。絹フィブロインの同位体ラベル化は、経口投与および絹糸腺培養法で行った。ラベル部位は、[1-13C]および[2-13C]Gly,Alaとした。得られた繊維状絹フィブロインから一軸配向ブロック試料とパウダー試料を作製し、400MHz固体NMR装置(本学に既設置)を用いて、2D固体スピン拡散NMRスペクトルを測定した。また、13Cラベル家蚕絹フィブロインモデルペプシドとして(Poly([1-13C]Ala-Gly)n,Poly(Ala[1-13C]Gly)n)を合成した。これらのペプチドを透析によってsilkI型構造に調製した。スペクトル解析は、Profs.ErnstならびにMeierらが開発したプログラムgammaを用い、Work Stationを購入して実行した。原子座標に基づき、その局所構造を仮定し、実測と理論パターンを比較して、一致するスペクトルを検討した。13Cラベル家蚕絹フィブロインモデルペプチドの透析によって得られた試料の13C CP/MAS NMRスペクトルのAla-Cβピークの化学シフトからsilkI型と同定した。この試料の2Dスピン拡散NMR測定を行ったところ、高濃度13CラベルPoly([1-13C]Ala-Gly)n試料(A)と、ノンラベルPoly(Ala-Gly)nで希釈した低濃度13CラベルPoly([1-13C]Ala-Gly)n試料(A*)では異なるスペクトルパターンとなることが観測された(Fig.1)。このパターンの変化はsilkI型の原子座標に基づくスペクトルシミュレーションから、13Cラベルサイトの分子鎖内および分子鎖間の空間配置で定量的に説明できることを明らかにできた。エリ蚕絹フィブロインの繊維化過程における13C固体2次元スピン拡散NMRスペクトルの解析からは、繊維化前後の試料から、分子鎖内の13Cスピン配置を原子座標から検討し、主鎖内部回転角の決定が可能であることが我々の研究からあきらかとなった。

Research Products

• [Publications] Asakura,T., Demura,M., Date,T., Miyashita,M., Ogawa,K. and Williamson,M.P.: "NMR Study of Silk I Structure of Bombyx mori Silk Fibroin with 15N and 13C NMR Chemical Shift Contour Plots" Biopolymers. 41. 193-203 (1997)
• [Publications] Asakura,T., Minami,M., Shimada,R., Demura,M., Osanai,M., Fujito,T., Imanari,M. and Ulrich.,A.S.: "2H Labeling of Bombyx mori Silk Fibroin and The Structural Characterization Using solid State 2H NMR" Macromolecules. 30. 2429-2435 (1997)
• [Publications] 朝倉哲郎: "繊維構造に関するNMR研究" 繊維学会誌. 53. P300-P304 (1997)
• [Publications] 出村誠、朝倉哲郎: "シルクで糖尿病の診断を-シルクのバイオ素材としての新しい試み-" 岡谷蚕糸博物館紀要. 2. 78-79 (1997)
• [Publications] Demura,M., Yamazaki,Y., Asakura,T. and Ogawa,K.: "Structure of Uniaxially Aligned 13C Labeled Silk Fibroin Fibers with Solid State 13C-NMR" J.Molecular Structure. (in press). (1998)
• [Publications] Asakura,T., Yamazaki,Y., Koo wey Seng and Demura,M.: "Determination of the Mutual Orientation of the 15N and 13C NMR Chemical Shift Tensors of 13C-15N Double Labeled Model Peptides for Silk Fibroin from the Dipolar-Coupled Powder Patterns" J.Molecular Structure. (in press). (1998)
• [Publications] Demura,M., Minami,M., Asakura,T. and Cross,T.A.: "Structure of Bombyx mori Silk Fibroin based on Solid State NMR Orientational Constraints and Fiber Diffraction Unit Cell Parameters" J.Am.Chem.Soc.(in press). (1998)
• [Publications] Demura,M., Ohkawa,Y., Osanai,M. and Asakura,T.: "Side Chain Dynamics of [3,3-2H2]Serine Labeled Silk Fibroin using Solid State 2H NMR" Reports on Progress in Polymer Physics in Japan. 4C. 613-616 (1997)
• [Publications] Nishikawa et al.: "Carbon-13n.m.r. studies of keratin intermediate filament of human hair" Polymer. 39. 1001-1004 (1998)
• [Publications] Nishikawa et al.: "pH Dependence of the Coiled-coil Structure of Keratin Intermediate Filament in Human Hair by ^<13>C NMR Spectrocopy and the Mechanism of its Disraption" Polymer J. 30. 125-132 (1998)
• [Publications] Nishikawa et al.: "Structural Change of Keratin Protein in Human Hair by Permanent Wauing Treatment" Polymer. 39(in press). (1998)
• [Publications] Williamson,M.P. and Asakura,T.: "Protein Chemical Shifts" Methods in Molecular Biology. 60. 53-69 (1997)
• [Publications] Asakura,T., Demura,M. and Nishikawa,N.: "Annual Reports on NMR Spectroscopy,34" Academic Press, 353(301-346) (1997)
• [Publications] Asakura,T. and Demura,M.: "Solid State NMR of Polymers" Elsevier(in press), (1998)
• [Publications] Asakura,T., Demura,M., Nishikawa,N. and Yoshimizu,H.: "Solid State NMR of Polymers" Elsevier(in press), (1998)
• [Publications] Ando,I and Asakura,T.: "Solid State NMR of Polymers" Elsevier(in press), (1998)