外部交流電場を用いたタンパク質結晶の核生成過程の観測と制御

• 研究課題/領域番号: 14658196
• 研究種目: 萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 構造生物化学
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 引間 孝明 独立行政法人理化学研究所, 研究技術開発室, 研究員 (40332291)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 3,500千円 (直接経費: 3,500千円); 2004年度: 700千円 (直接経費: 700千円); 2003年度: 600千円 (直接経費: 600千円); 2002年度: 2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
• キーワード: タンパク質結晶 / 複素誘電率 / 結晶核生成 / 結晶成長 / 交流電場 / 結晶化制御

研究概要

タンパク質の結晶化はタンパク質X線構造解析にむけて数多く行なわれている。この場合、いかにX線結晶学的に良質な結晶を作製するかが関心の対象であり、低分子化合物と異なって自由水含有量が半分近を占める生体高分子の特異な結晶化機構、とりわけその初期過程である結晶核生成過程の解明にはあまり着目されていない。
本申請では溶液中のタンパク質の誘電的な性質に着目しタンパク質結晶化溶液の複素誘電率の時間変化を追跡することで結晶核生成過程の解明を目指すため、酸化・還元に強い白金電極製の液体密閉型複素誘電率測定セルを製作し、タンパク質溶液の結晶化過程における誘電挙動の時間変化を追跡した。しかしながら、伝導度の高い溶液では電極表面で電気分解反応が進行し複素誘電率測定の進行と共に溶液組成が変化することが示唆され、測定可能系が伝導度の低いタンパク質結晶化溶液に限られる可能性が高くなった。その一方で、結晶化剤溶液、未飽和タンパク質溶液単独での複素誘電率測定も進め、得られたタンパク質結晶化溶液の結晶化過程での複素誘電率変化の定性的解釈を行なうための基礎データの収集を進めた。
同時にタンパク質結晶化溶液への交流電場印加の影響を明らかにし、外部場として交流電場をタンパク質結晶化溶液に印加し結晶核生成の制御も試みた。そのために顕微鏡観察可能な交流電場印加結晶化セルとその場観察系を製作し、タンパク質結晶化溶液の交流電場印加の影響のその場観察を行なった。その観察過程において電極表面での電気分解による気泡発生が観測された。交流電場印加その場観察システムでは、電極を絶縁コートすることによって電気分解の発生を防ぎ交流電場がタンパク質結晶化に与える影響を測定した。