| 研究課題/領域番号 |
15340136
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
生物物理・化学物理
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
古川 義純 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (20113623)
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| 研究分担者 |
片桐 千仞 (片桐 千仭) 北海道大学, 低温科学研究所, 助教授 (90002245)
横山 悦郎 学習院大学, 計算機センター, 教授 (40212302)
松浦 良樹 大阪大学, 蛋白質研究所, 教授 (90029968)
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| 研究期間 (年度) |
2003 – 2005
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| 研究課題ステータス |
完了 (2005年度)
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| 配分額 *注記 |
16,200千円 (直接経費: 16,200千円)
2005年度: 2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2004年度: 5,800千円 (直接経費: 5,800千円)
2003年度: 8,100千円 (直接経費: 8,100千円)
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| キーワード | 氷結晶 / 不凍糖タンパク質 / 結晶成長カイネティクス / 自励振動 / 界面吸着 / タンパク質二次構造 / カイネティックループ / 蛍光 / 結晶成長 / 不凍タンパク質 / カイネティクス / 蛍光観察 / 拡散場 / 界面成長ステップ / 結晶成長機構 / 結晶成長制御 |
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| 研究概要 |
結晶成長を抑制すると考えられているタンパク質であるAFGP(Antifreeze Glycoprotein)の水溶液中での氷結晶成長実験を行った。まず、蛍光ラベルしたAFGP分子の水溶液からの一方向成長実験では、界面の自励的振動に伴い、結晶内部へ取り込まれるAFGPの濃度が周期変動した。これは、結晶成長に伴う結晶内部のストリエーションの発生の世界初の直接観察である。また、自由成長による実験では、プリズム面雄成長がON-OFFタイプであるのに対し、ベーサル面の振動がSinusoidalであることを明らかにした。これは、AFGPの界面への吸着が大きな異方性を持つためである。
一方、ATR-FTIR法により氷/水界面に吸着している状態でのAFGPの二次構造(コンフォメーション)を解析した。その結果、吸着状態ではα-ヘリックス構造の分子が卓越することが、初めて明らかになった。これは、AFGPが界面に吸着する際に単なる物理吸着ではなく、2段階あるいは多段階の吸着プロセスを経過すること示している。吸着状態でのAFGP分子の二次構造の解析に成功したのはこれが最初である。
結晶成長の自励振動を説明するために、結晶成長の駆動力に対する結晶成長速度依存性にヒステレシス(カイネティックループと呼んでいる)が存在するという新しいモデルを提案した。このモデルでは、界面へのAFGP分子の吸着が少なくとも二段階で起こることが重要であり、実験結果とも整合する。
以上の結果、結晶成長における自励振動現象のダイナミクスを解明することできた。このような結晶成長ダイナミクスの理解は、不凍タンパク質の機能の解明にきわめて重要な役割を果たすであろう。
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