2023 Fiscal Year Annual Research Report
新しい金属酵素研究へのテラヘルツ電子スピン共鳴法の応用
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21K18937
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| Research Institution | Saga University |
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Principal Investigator |
堀谷 正樹 佐賀大学, 農学部, 准教授 (80532134)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大久保 晋 神戸大学, 分子フォトサイエンス研究センター, 准教授 (80283901)
原 茂生 神戸大学, 研究基盤センター, 特命技術員 (60520012)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Keywords | 金属タンパク質 / 電子スピン共鳴法 / 高周波数強磁場ESR / 整数スピン系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
金属タンパク質の機能と金属中心の電子状態は密接に関わっており、これまで金属タンパク質の電子状態研究が行われてきた。ところが電子スピン共鳴法（ESR）は特に利用されてきたが、周波数・磁場が低いため市販装置では半整数スピン系金属タンパク質のみしか測定対象ではなかった。そこでこれまで高周波として市販より100倍高い周波数発振器、超電導磁石を用いたESR装置を開発してきた。しかし、金属タンパク質は巨大生体分子の中にひとつだけしか金属イオンが含まれていない希薄スピン系であることから、感度の面で高周波数・強磁場ESR信号の観測が困難であった。
これまで、これを解決するため、まず温度変化検出型ESR装置を利用した。温度検出型ではESR共鳴が生じるときに試料からわずかに発生する熱を検出する。そのため、少ない試料量で測定が可能である。これを利用することで半整数スピン系金属タンパク質のESR信号検出が可能であることが分かったが、整数スピン系では試料量の少なさが原因となり、信号検出には至らなかった。そこで100万倍高出力発信器であるジャイロトロンを利用することとした。
ジャイロトロンESRでは素通しタイプのESR測定を行い、試料量が最大になるように金属タンパク質用の試料ホルダーおよび試料管を開発した。これを利用したところ、半整数スピン系金属タンパク質では容易に信号を検出できることが明らかになった。さらに最高出力発振では市販装置では見られない信号の飽和現象を観測した。これはジャイロトロンを利用することで今後の電子-核スピン二重共鳴装置への応用が可能であることを示している。次に整数スピン系金属タンパク質について同様の測定を行った。こちらの信号はブロードであることが予想されていたが、予想される磁場にESR吸収を確認することに成功した。これらはジャイロトロンESRによる世界で初めてのESR信号検出である。
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