Application of novel THz ESR for metalloenzymes

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K18937
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 32:Physical chemistry, functional solid state chemistry, and related fields
• Research Institution: Saga University
• Principal Investigator: Horitani Masaki 佐賀大学, 農学部, 准教授 (80532134)
• 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)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Keywords: 金属酵素 / 電子常磁性共鳴 / テラヘルツ / ヘムタンパク質 / 高周波数強磁場ESR / 整数スピン

Outline of Final Research Achievements

The function of metalloprotein has a relationship with the electron structure of metal ion in the active site. The conventional EPR, however, can detect signals from metalloproteins with half interger spin system. Thus we have developed high frequency and high field EPR spectroscopy.
The EPR transistion of metalloproteins was not observed by using reacently developed high frequency EPR spectroscopy since metalloprotein has only one metal ion in the large macromolecule. To increase the sensitivity of high frequency EPR, we have utilized gyrotpron THz osillator as a light source, which was one thousand to one million higher power.

Free Research Field

生物物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

高検出感度である熱検出器および高出力発振器であるジャイロトロンを利用することで、これまで不可能だと考えられていた金属タンパク質の高周波数・強磁場電子スピン共鳴（ESR）信号の観測に成功した。これにより市販の装置で信号検出できる金属タンパク質以外の試料や反応中間体も研究対象となることが明らかになった。また、ジャイロトロンを利用した最大出力テラヘルツ光を利用することで、市販の装置ではESR信号を飽和させることのできない金属タンパク質も飽和させられることが明らかになった。この現象は通常のESRより発展的な測定法である電子-核二重共鳴法（ENDOR）への応用が可能であることを示している。