2017 Fiscal Year Annual Research Report
鉄酵素活性機構の解明を加速する高分解能・高感度核共鳴振動分光装置の開発
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16H04172
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| Research Institution | Japan Synchrotron Radiation Research Institute |
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Principal Investigator |
依田 芳卓 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門, 主幹研究員 (90240366)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 量子ビーム / 酵素反応 / 核共鳴振動分光 / 生物化学 / 核共鳴散乱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
核共鳴振動分光法は複雑な構造を有する酵素のなかで、活性中心にある鉄の振動のみを抽出できるという大きな特徴をもつ。活性中心に金属をもつ金属酵素のなかで鉄酵素は水素を酸化還元するヒドロゲナーゼをはじめ、エネルギー問題・食糧問題・医療などと密接に関わっているものが多い。一方で、分解能や強度の不足により、観測したい試料・振動モードが限定されることは利用の大きな障壁となっている。本研究では、極めて重要でありながらこれまで測定困難であった鉄酵素の活性機構の解明に資するため、鉄酵素試料に最適化された高分解能・高感度の核共鳴振動分光装置を開発することを目的としている。
平成29年度には本研究で開発する高分解能・高感度核共鳴振動分光装置の主要部分となる高分解能モノクロメータシステムを設計・製作した。
また、SPring-8で最も強度が強く鉄酵素の核共鳴振動分光を行ううえで最適なBL19LXUにおいてビーム評価を行った。その結果、BL19LXUにおいては高分解能モノクロメータに入射するＸ線の縦方向の発散が0.4秒程度と十分に小さいことがわかった。この値はBL09XUで平行化レンズを用いて実現された平行度と同程度である。予想外であったが、これはBL19LXUのビームラインモノクロメータの冷却方式が年度初めに更新され、結晶ひずみが低下したとともに、14.4keVでの熱負荷がビームラインの結晶を集光方向にベントさせているためと推測されている。
また、平成29年度はSPRUC核共鳴散乱研究会において「核共鳴非弾性散乱の生物学的分野への応用」というセッションを企画し、化学・医学・計算工学など多様な分野から4名の講演者を招待し、核共鳴振動分光の発展や将来計画立案に役立つ議論を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
計画では年度の早期に高分解能モノクロメータシステムおよび非対称Ge331反射と異なる非対称度をもつ２つのSi975反射の非対称パラメータを最適化した新しい光学系を構築し、その評価を行う予定であった。しかしながら、半導体市況の世界的な活況のあおりを受け、部材となる精密部品の高騰ならびに長い納入期間のため、高分解能モノクロメータシステムが年度末での納品となるとともに、金額面で光学系の準備をすることができなかった。
一方、BL19LXUでのビーム評価の結果は良好であり、BL09XUで平行化レンズを用いて実現された平行度と同程度であるため、新しい光学系を設計する際に最適化のパラメータが共通化できることが判明している。
以上のことから計画はやや遅れているが、高分解能・高感度核共鳴振動分光装置を完成させる道筋の上で、大きな問題はなく、遅れを除けば順調に推移している。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度にはBL09XUおよびBL19LXUで実現する入射Ｘ線にあわせた高分解能モノクロメータを設計・製作する。これまでGe結晶を第一結晶として利用してきたが、放射線損傷を回避するとともに反射率を向上するために、Si結晶の利用を検討している。計算では現在の光学系の5割以上のフラックスが得られる予定である。
一方、平成28年度の製作した平行化レンズに放射線による劣化が観測されているため、本来の性能が発揮できるように平行化レンズの一部を修正・修復する。
平行化レンズおよび高分解能モノクロメータとともに平成29年度に製作した高分解能モノクロメータシステムを組み合わせ、高分解能・高感度核共鳴振動分光装置を構築する。この装置の反射率や分解能を評価するともに、鉄酵素試料の測定を行う。最終的には、開発した装置の性能を活かして、未だ酵素において観測されたことのない鉄と水素の伸縮振動モードの観測をめざす。
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