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安定分子への熱力学の大きな貢献を考えると、もし短時間にしか存在しない過渡的分子に対しても、その熱力学的性質を明らかにすることができれば、科学全体に対してのブレークスルーになるであろう。このダイナミクスと熱力学から得られる情報を統合することによって、化学反応の理解はより深まるはずである。時間分解熱力学量測定法の完全創生とこの手法を用いた蛋白質反応機構の解明を目的とした。新しい検出手法の開発を行い、本年度は以下のような成果を得た。
1.熱力学と速度論という2つの大きな分野を融合した、時間分解熱力学手法を、Photoactive Yellow Protein(PYP)と呼ばれる光感受性蛋白質に適用し、歴史上はじめて反応中間体の熱容量変化を時間分解計測することに成功した。その結果、3nsで生成するpR状態ではほとんど熱容量は変化してないが、200マイクロ秒で生成するpB状態では、その生成に伴って熱容量の増加が観測された。これは、疎水残基の水和したためと結論し、経験式に基づいて何残基ぐらいが水和しているかを明らかにした。
2.PYPについて反応中間体の拡散係数(D)測定を行い、この部分の構造変化の寄与をDの変化として捕らえることに成功した。それぞれの状態でのD値を求めることができ、N末端の欠如により、どれだけの摩擦係数変化が起こるかを計算することができた。これが他のαヘリックス蛋白にも使えるならば、Dの変化からどれぐらいのαヘリックスの壊れが起こっているかを計算することができる手法を提出したという大きな意義を持つ。
3.植物の青色光センサー蛋白質であるフォトトロピンのLOV2ドメインを用いて、基底状態と生成物の拡散を決定することができた。この拡散係数の変化を調べた結果、光照射によって光励起された蛋白質と基底状態の蛋白質の間でダイマー化が起こっていることを示すことに成功した。
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