原子間力顕微鏡を用いた単一高分子鎖の相転移における力学緩和の測定

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13740251
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 岡嶋 孝治 東京工業大学, 大学院・生命理工学研究科, 助手 (70280998)
• キーワード: 原子間力顕微鏡 / 単一分子計測 / タンパク質 / 相転移 / フォールディング / 高分解能イメージング法

研究概要

本研究では、原子間力顕微鏡が本質的にもっている高空間・時間分解能を利用して、単一高分子鎖のダイナミクスを計測する方法を確立し、合成高分子やタンパク質の構造転移における動的挙動を調べることを目的としている。
前年度に引き続き、球状タンパク質として、力-延伸特性が良く分かっているウシ由来炭酸デヒドラターゼの変異体を用いて、アンフォールディング近傍にタンパク質一分子の交流変位応答を測定した。その結果、活性をもつ天然型のタンパク質では、部分的な構造のアンフォールドとリフォールドに対応する力学応答が観測され、一方で、活性をもたず構造が緩い分子では、ゴム弾性に相当する単調な応答のみが観測されることが分かつた。本研究結果は、Biochem. Phys.に現在投稿中である。
原子間力顕微鏡(AFM)の一分子測定を発展させる過程で、これまで液中では不可能と思われてきた自励発振技術を、液中でも安定に動作させられることを見つけた。この新しい周波数変調(FM)法に基づく液中用AFM装置の接触力は数10pNであり、世界最高レベルの液中イメージングが可能であることが分かった。特に、FM法は走査速度の制限を受けない点で従来の液中測定装置よりも優れており、今後、本方法が液中観察の標準的な方法になると期待される。自励発振型のAFM装置を用いて、雲母基板に固定処理を全く施していない繊維状タンパク質(タウタンパク質)の液中イメージングを行った。その結果、生体分子をほとんど変形させないほど弱い接触力でイメージングが可能であることが分かり、また、また度重なるイメージングにおいてもタンパク質分子が破壊されないことが分かった。この結果から、生理条件下における任意の生体分子の"真"の構造を高分解能で観察できる可能性が示唆された。

研究成果

• [文献書誌] T.Okajima, H.Sekiguchi, H.Arakawa, A.Ikai: "Self-oscillation technique for AFM in liquids"Applied Surface Science. 210. 68-72 (2003)
• [文献書誌] H.Sekiguchi, T.Okajima, H.Arakawa, S.Maeda, A.Takashima, A.Ikai: "Frequency Shift Feedback Imaging in Liquid for Biological Molecules"Applied Surface Science. 210. 61-67 (2003)
• [文献書誌] T.Okajima, I.Harada, K.Nishio, S.Hirotsu: "Kinetics of Volume Phase Transition in poly (N-isopropylacrylamide) Gels"Journal of Chemical Physics. 116. 9068-9077 (2002)
• [文献書誌] T.Yamada, H.Arakawa, T.Okajima, T.Shimada, A.Ikai: "Use of AFM for imaging and measurement of the mechanical properties of light-convertible organelles in plants"Ultramicroscopy. 91. 261-268 (2002)
• [文献書誌] H.Sekiguchi, H.Arakawa, T.Okajima, A.Ikai: "Non-destructive force measurement in liquid using atomic force microscope"Applied Surface Science. 188. 489-492 (2002)
• [文献書誌] T.Okajima, H.Arakawa, M.T.Alam, H.Sekiguchi, A.Ikai: "Dynamics of Partially Extended Single Protein Molecules Observed by Atomic Force Microscopy"Protein Science. 11・S1. 135 (2002)
• [文献書誌] 岡嶋孝治(分担): "原子・分子のナノ力学 8.生体高分子のナノ力学(猪飼、荒川、岡嶋) 9.自励発振法を用いた液中観察用原子間力顕微鏡(岡嶋、荒川、猪飼)"丸善株式会社. 200 (2003)