2019 Fiscal Year Annual Research Report
Experimental examination for contributiions from the protein flluctuations with large amplitude and low frequencies to cooperativity of human hemoglobin
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17K05606
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
長友 重紀 筑波大学, 数理物質系, 講師 (80373190)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
北川 禎三 兵庫県立大学, 生命理学研究科, 客員研究員(研究員) (40029955)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ヘモグロビン / 揺らぎ / 酸素親和性 / テラヘルツ分光 / 鉄ヒスチジン配位結合 / α鎖 / 低波数振動 / 非等価 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
[ヘモグロビン協同性発現へのタンパク質の大振幅揺らぎと低波数振動の寄与の実験的検証]という課題を実施するために，低波数振動域の小さな吸光度差を検出するためのアーティファクトの入り込む余地のない溶液交換型のセルを構築した．最終年度は，ベクトルネットワークアナライザーを用いた測定系を構築し，75GHzから140GHzまでの領域の測定を行った．測定試料は高濃度（ヘム濃度でmM程度）のヘモグロビン，さらには水よりも比誘電率がやや小さいグリセリンを混ぜることで，溶媒の比誘電率の低下により，タンパク質の大振幅揺らぎによる吸光度差を検出することを実施したが，酸素親和性の大小に対応した吸光度差を得ることはできなかった．
研究機関全体を通してみると，ベクトルネットワークアナライザーとテラヘルツ時間分解分光法により75GHzから1.5THzまでの領域で酸素親和性の大小に応じた吸光度を測定することに成功し，吸光度差を計算した．その結果，タンパク質の大振幅揺らぎは溶液中の水の比誘電率が大きいため，事実上埋もれてしまっていることが示唆された．このことが明確になったことは重要で，今後，比誘電率の小さな溶媒を用いる，あるいは媒体（細孔など）にタンパク質を閉じ込めることで，タンパク質の大振幅揺らぎを実験的に検証する手がかりを得ることができた．特に，細孔にタンパク質を閉じ込めることについては，ナノメーターの断面積をもつ低誘電率のシリカゲルが有力な候補としてあげられる．
また，本課題中において，タンパク質の大振幅揺らぎが，ヘモグロビン分子において唯一の配位結合であるヘムの鉄イオンと近位ヒスチジンの窒素原子との配位結合（Fe-His結合）に由来するFe-His伸縮振動の複数の存在（～200 cm-1と～216 cm-1）との関連を予測していたが，こちらに関しては明確にすることができなかった．
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