| 研究課題/領域番号 |
21K18937
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分32:物理化学、機能物性化学およびその関連分野
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| 研究機関 | 佐賀大学 |
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研究代表者 |
堀谷 正樹 佐賀大学, 農学部, 准教授 (80532134)
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| 研究分担者 |
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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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2023年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2022年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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| キーワード | 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 / 電子常磁性共鳴 / テラヘルツ / 高周波数・強磁場ESR / ヘムタンパク質 / 金属酵素 / ジャイロトロン / 整数スピン / 強磁場 / テラヘルツESR / ヘム酵素 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
電子スピン共鳴法（ESR）はこれまで数多くの金属酵素研究に応用されてきた。しかし、市販の装置では測定対象が半整数スピン系の時のみに限定される。このデメリットを解消するため、強磁場・高周波数のESR装置の開発が行われているが、低感度装置であるため希薄スピン濃度系である金属酵素への応用研究はほとんどなされていない。本研究では全ての金属酵素が測定対象になる高感度テラヘルツESR装置を開発し、長年多くの研究者によって注目され続けているヘム酵素の反応多様性について、電子状態・配位構造の両面から解き明かす。さらに、ESR法があらゆる生体分子に適用できるようにし、生体分子ESRの研究拠点になることを目指す。
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| 研究実績の概要 |
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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