2015 Fiscal Year Annual Research Report
SPring-8オンライン赤外分光光度計の開発とバイオ活性サイトの反応過渡種計測
Publicly Offered Research
| Project Area | 3D Active-Site Science |
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| Project/Area Number |
15H01055
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
久保 稔 国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学総合研究センター, 専任研究員 (90392878)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 赤外分光 / 超精密計測 / Ｘ線結晶構造解析 / 生体分子 / 高性能レーザー / 生物物理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、赤外レーザーや赤外放射光といった高輝度赤外光源を用いて、タンパク質微結晶（結晶サイズ100 μm以下）に適用可能な高感度顕微赤外分光技術を開発し、赤外分光とX線結晶構造解析との相補利用を促進することである。最終的にはX線結晶構造解析のビームラインでのon-line分光計測を目指す。X線結晶構造解析において、同一試料のon-line分光計測は、試料状態の評価、特にX線損傷の評価や反応中間体の同定などに有用である。本研究では、一酸化窒素還元酵素（NOR）の中間体の解析を通して、X線結晶構造解析ならびに赤外分光の技術開発・相補利用を進める。NORは、微生物の嫌気呼吸を担っており、細胞毒であるNOをN2Oにまで還元するヘム酵素である。
本年度は、on-line赤外分光装置のベースとなるon-line可視分光装置を完成させた。赤外分光への発展を念頭に、装置は全て反射光学系で構築した。装置は、SPring-8構造ゲノミクスビームライン（BL26B2）に設置し、カビ由来NOR結晶（NO結合型）のX線損傷の評価に応用した。X線照射下でヘムの可視吸収スペクトルを実時間でモニターした結果、わずかsub-MGyのX線吸収線量でヘムが損傷される様子が観測された（J. Synchrotron Rad. 2016）。無損傷のX線結晶構造解析を行なうためにはSACLAのフェムト秒X線を用いる必要があるため、今後はSACLAでのon-line分光計測も視野に入れる必要がある。
また、SPring-8 BL43IRにおいて、カビ由来NOR結晶（NO結合型）の赤外分光測定を行なった。テーパー型赤外フローセルを開発し、結晶を常温・母液環境下で安定にマウントした。まずは100 μm以上の大型結晶を用いて、NO伸縮振動（1855 cm-1）の観測に成功したところである。
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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
on-line赤外分光装置のベースとなるon-line可視分光装置を開発し、NORへの応用例とともに、誌上発表できたため
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| Strategy for Future Research Activity |
on-line可視分光装置をベースに、on-line赤外分光の計測系を開発する。赤外光源としては、軽量で持ち運び可能な量子カスケードレーザーを用いる予定である。
また、高輝度赤外光源である赤外放射光（SPring-8/BL43IR）を利用したタンパク質微結晶の赤外分光も推進する。
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[Journal Article] A nearly on-axis spectroscopic system for simultaneously measuring UV-visible absorption and X-ray diffraction in the SPring-8 structural genomics beamline2016
Author(s)
M. Sakaguchi, T. Kimura, T. Nishida, T. Tosha, H. Sugimoto, Y. Yamaguchi, S. Yanagisawa, G. Ueno, H. Murakami, H. Ago, M. Yamamoto, T. Ogura, Y. Shiro, M. Kubo
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Journal Title
J. Synchrotron Rad.
Volume: 23
Pages: 334-338
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Development of on-axis simultaneous measurement system of UV-visible absorption with X-ray diffraction at SPring-82015
Author(s)
Sakaguchi, M., Kimura, T., Nishida, T., Tosha, T., Yanagisawa, S., Ueno, G., Murakami, H., Ago, H., Yamamoto, M., Ogura, T., Shiro, Y., ○Kubo, M.
Organizer
12th International Conference on Synchrotron Radiation Instrumentation (SRI 2015)
Place of Presentation
Marriott Marquis Times Square (New York, USA)
Year and Date
2015-07-08 – 2015-07-08
Int'l Joint Research
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[Presentation] Damage-free X-ray crystallographic analysis of P450nor in the NO bound form using SACLA2015
Author(s)
Nishida, T., Tosha, T., Sugimoto, H., Kimura, T., Hirata, K., Ueno, G., Ago, H., Yamamoto, M., Shiro, Y., Kubo, M.
Organizer
Metals in Biology in Wako
Place of Presentation
理化学研究所・和光（埼玉県和光市）
Year and Date
2015-06-16 – 2015-06-17
Int'l Joint Research
