蛋白質の核形成と結晶成長カイネティックス

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07044057
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 小松 啓 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (00108565)
• 研究分担者: MUSCHOL Mart アラバマ大学マイクログラビティーセンター, 助手 ; VEKILOV Pete アラバマ大学マイクログラビティーセンター, 助手 ; FRANZ Rosenb アラバマ大学マイクログラビティーセンター, 教授 ; 佐崎 元 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (60261509) ; 中田 俊隆 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (20237308) ; 宮下 哲 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (00219776)
• キーワード: タンパク質 / リゾチーム / 結晶成長 / 不純物効果 / 二光束干渉法 / 光散乱法 / 溶解度 / 濃度分布

研究概要

平成7年度に得た成果を以下にまとめる。
1)日本側は、二光束干渉法を用いて成長中の卵白リゾチーム結晶の周りの濃度分布の計測を行った。これと結晶面の成長速度Rの測定より、溶質分子が結晶に取り込まれる際の成長単位を初めて明らかにした。また、結晶界面での成長の駆動力(過飽和度σ)とRの関係を明らかにした。
2)日本側は、二光束干渉法を応用して、タンパク質結晶の溶解度測定のための新規な手法を開発した。少量のサンプル(66μL)で2時間以内に溶解度の決定ができた。本手法が必要とするサンプル量は米国側の手法とほぼ同じであるが、溶解度決定に要する時間は1/4〜1/12であり、タンパク質結晶の溶解度測定の飛躍的な高速化に成功した。
3)米国側は、レーザー光干渉法を用いて、卵白リゾチーム結晶表面の成長丘の経時変化を精密に観測し、ステップの前進速度、結晶の微斜面角、面成長速度の関係を明らかにした。これと日本側の手法の組み合わせで成長機構の理解が深められることがわかった。
4)米国側は、光散乱法により核形成過程の観察を行うとともに、タンパク質の凝集過程について考察を行った。その結果、、従来考えられていたよりも分子間の相互作用が重要であり、このためEinstein-Stokesの法則より求められる半径を解釈する上で注意が必要になることがわかった。
5)米国側は、不純物の量を少なくすると、結晶の成長速度が大きく上がることを見いだした。そこで、米国側で純度の高いリゾチームの精製を行い、この試料を用いて日本側の二光束干渉法による結晶の成長実験を行えば、画期的な成果が得られることが明らかとなった。

研究成果

• [文献書誌] T.Nakada,S.Miyashita,G.Sazaki,H.Komatsu and A.A.Chernov: "Atomic force microscopic study of subsurface ordering and structural transforms in n-alcohol on mica and graphite" Jpn. J. Appl. Phys.35. L52-L55 (1996)
• [文献書誌] K.Kurihara,S.Miyashita,G.Sazaki,T.Nakada,Y.Suzuki and H.Komatsu: "Interferometric study on crystal growth of tetragonal lysozyme crystal." J. Crystal Growth. (印刷中).
• [文献書誌] Gen Sazaki,K.Kurihara,T.Nakada,S.Miyashita and H.Komatsu: "A novel approach to the solubility measurement of protein crystals by two-beam interferometry" J. Crystal Growth. (投稿中).
• [文献書誌] E.Kashimoto,G.Sazaki,T.Nakada,S.Miyashita and H.Komatsu: "Stydy on the crystallization of concanavalin A" J. Crystal Growth. (発表予定).
• [文献書誌] K.Sakuma,S.Miyashita,G.Sazaki,T.Nakada and H.Komatsu: "Motion of macro-steps induced on the surface of a lysozyme crystal" J. Crystal Growth. (発表予定).
• [文献書誌] P.G.Vekilov,M.Ataka,and T.Katsura: "Growth processes of protein crystals revealed by laser Michelson interferometry investigation" Acta Crystallographica D. 51. 207-219 (1995)
• [文献書誌] Martin Muschol and Franz Rosenberger: "Interactions in under-and supersaturated lysozyme solutions-static and dynamic light scattering results" J. Chem. Phys.
• [文献書誌] A.A.Chernov and H.Komatsu,(eds.J.P.van der Eerden and O.S.L.Bruinsma): "“Topics in Crystal Grwoth Kinetics."in “Science and Technology of Crystal Growth"" Kluwer Academic Publishers, 14 (1995)
• [文献書誌] A.A.Chernov and H.Komatsu,(eds.J.P.van der Eerden and O.S.L.Bruinsma): "“Principles of crystal growth in protein crystallization."in “Science and Technology of Crystal Growth"" Kluwer Academic Publishers, 25 (1995)