2019 Fiscal Year Research-status Report
Spectroscopic Study on Protein Functionally-Relevant Modes Excited by Dynamics of Hydration Water
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18K03559
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| Research Institution | Jichi Medical University |
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Principal Investigator |
山本 直樹 自治医科大学, 医学部, 助教 (90580671)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
富永 圭介 神戸大学, 分子フォトサイエンス研究センター, 教授 (30202203)
中西 真大 福岡工業大学, 工学部, 助教 (00707763)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 広帯域誘電分光 / タンパク質水和 / 水和水回転緩和 / テラヘルツ分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、タンパク質水和水のナノ秒-ピコ秒におけるダイナミクスに関する知見を得るために、ギガヘルツ領域（10^9Hz）とテラヘルツ領域（10^12 Hz)にまたがる複素誘電率スペクトル測定を、特に水和および温度依存性に着目して行い、タンパク質および水和水の回転緩和や振動運動といったダイナミクスがこれらのパラメータにどのように依存するか調べることを目的としている。今年度は、昨年度セットアップを行った測定装置を用いて、引き続き測定を行った。試料としては、これまで測定を行ってきた典型的な球状タンパク質であるリゾチームを用いた。0.5GHz-50GHz領域のスペクトル測定を行うことで、ベクトルネットワークアナライザを用いて233-293Kの範囲で測定し、また60GHz-300GHzの範囲の測定をテラヘルツ時間領域分光計を用いて253-293Kの範囲で行い、脱水和状態および2つの異なる水和状態における温度依存性スペクトルを測定することができた。先行研究の測定で得られている300GHz-2THzのスペクトルと合わせることにより、0.5GHz-2THzの範囲の周波数領域をほぼカバーすることができた。モデル関数を用いてこの温度依存性スペクトルを解析した結果、スペクトルの温度依存性は主に水和水とタンパク質のダイナミクスがカップルした緩和成分が温度上昇とともに高周波数シフトするという、基本的に先行研究とは矛盾しない結果を得ることができた。また、広帯域誘電分光測定を行うことで、GHzとTHz領域の間にに新しい緩和成分の存在が示唆された。現在さらに解析を進めることでより詳細なダイナミクス評価を行っており、タンパク質機能と関連するようなダイナミクスの性質について議論する予定である
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
0.5GHz-2THz領域の水和および温度依存性スペクトルを、脱水和状態および2つの異なる水和状態で測定できたことから、本研究の目的の一つであるGHz-THz領域の広帯域複素誘電率スペクトル測定をある程度達成することができた。また、その結果をモデル関数でフィッティングした結果、先行研究から示唆されたものと矛盾しないパラメータを得ることができ、かつ新たな緩和成分の存在が示唆されたことから、タンパク質の機能に関わるダイナミクスに関する評価が可能になりつつあるため。
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| Strategy for Future Research Activity |
スペクトル解析を引き続き進めることにより、GHz-THz領域に存在するスペクトル成分の抽出を行う。さらに、得られた解析結果とこれまで報告されているタンパク質ダイナミクスの理論計算結果とを比較することにより、水和と熱活性により引き起こされるダイナミクスのうち、どのような要素がタンパク質機能発現と関連しているかを議論していく予定である。
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| Causes of Carryover |
当該研究に関わる論文を投稿するための予算を確保していたが、さらなる解析が必要になったことにより投稿が先延ばしになったため、に繰り越された。今年度は、引き続きこれまでの実験により得られた結果を解析し、論文執筆を続けていく予定である。
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