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タンパク質の機能発現機構を解明するためには、機能する際に分子がどのように構造変化するかという情報が重要である。その情報を得るには、高い時間分解能をもち、かつ化学結合レベルの構造情報を与える計測技術が必要である。我々は、チタンサファイアレーザーを基にしたピコ秒時間分解共鳴ラマン分光システムを世界に先駆けて製作し、タンパク質の構造ダイナミクスを明らかにしてきた。本研究の目的は、時間分解共鳴ラマン分光システムを拡張・性能向上させ、それによって従来の方法では計測が困難であったタンパク質の機能ダイナミクスを化学結合レベルで捉え、機能発現機構を解明することにある。これによって、タンパク質の動的構造を基盤とした、タンパク質物理化学の新しい研究領域を開拓する。
本研究では、酸素運搬タンパク質、ガス分子センサータンパク質、光センサータンパク質の機能発現機構の解明を目指す。これらのタンパク質の機能発現においては、アロステリック機構が本質的に重要である。そこで、リガンド結合部位あるいは発色団に起きる構造変化をスタートとして、ピコ秒からミリ秒まで9桁におよぶ幅広い時間帯でのタンパク質構造変化を、共鳴ラマン効果を最大限に活用して部位特異的に観測する。このようなユニークな実験データは、アロステリック機構を生み出す動的構造基盤を具体的な形で示してくれるであろう。
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