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2022 年度 実施状況報告書

ラマン光学活性分光を基盤とした色素タンパク質の活性部位構造を解析する新技術の確立

研究課題

研究課題/領域番号 22K05037
研究機関佐賀大学

研究代表者

海野 雅司  佐賀大学, 理工学部, 教授 (50255428)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワード分子分光学 / 生物物理学 / 振動分光 / 光受容タンパク質
研究実績の概要

申請者らはラマン光学活性分光(Raman optical activity、ROA)と呼ばれる分光法を光受容タンパク質のような色素タンパク質に応用してきた。本手法は活性中心である補欠分子の歪んだ構造など、他では得られない活性部位の立体構造情報を得ることができる。我々は、この独自開発してきた研究手法を生体分子科学の分野において広く使われる計測法として発展・確立させたいと考えている。この目的の達成のため、本研究では今まで適用することができなかった視物質ロドプシンや植物やシアノバクテリアの光センサーであるフィトクロム類への応用を可能にする1064nm励起のラマン光学活性分光装置、光反応中間体などへの応用を可能にする低温ラマン光学活性分光装置の開発ならびにその応用研究を実施する。
2022年度には、上記の1064nm励起のラマン光学活性分光装置および低温ラマン光学活性分光装置の開発に取り組んだ。1064nm励起のラマン光学活性分光装置については、その基礎となる1064nm励起ラマン分光装置を開発した。本装置は1064nmの連続発振レーザーと自作の光学系、小型分光器ならびにInGaAs検出器から構成される。今年度は構成精度のラマンスペクトルの測定が可能であることを確認した。現在は、偏光関連部品類を追加してラマン光学活性分光装置へと改変を行なっている段階である。
一方、低温ラマン光学活性分光装置では785nmの連続発振レーザーと自作の光学系、小型分光器ならびにCCD検出器からなる装置を組み立て、クライオスタットに取り付けた標準試料のラマン光学活性スペクトルを測定できることを確認した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度は申請者らが開発してきたラマン光学活性分光法をさらに発展させるため、2つの装置開発に取り組んだ。
1064nm励起のラマン光学活性分光装置については、1064nmの連続発振レーザーと自作の光学系、小型分光器ならびにInGaAs検出器から構成されるラマン分光装置を開発した。光学系には後方散乱光学系を採用し、ラマン光学活性分光装置への拡張性を備えた装置とした。本装置については、既に高精度のラマンスペクトルの測定に成功しており、ビリンを発色団として有するシアノバクテリオクロムやフィコビリソームタンパク質のラマンスペクトル測定に成功している。現在はラマン光学活性分光装置への改変を行なっているところである。
2つ目の装置開発は低温ラマン光学活性分光装置の開発である。本装置は785nmの連続発振レーザーと自作の光学系、小型分光器ならびにCCD検出器からなる装置を組み立て、クライオスタットに対応する光学系となっている。既にクライオスタットに取り付けた標準試料のラマン光学活性スペクトルを測定できることを確認した。

今後の研究の推進方策

研究2年目である2023年度は開発中の装置を完成させ、応用研究に着手することを目的とする。1064nm励起のラマン光学活性分光については、まずは装置を組み立て、標準試料のα-ピネンやアラニン水溶液などを対象に、ラマン光学活性スペクトルの測定を目指す。InGaAs検出はアレイ型検出器であるため入射円偏光方式が適しているが、今までの装置開発の経験からは散乱円偏光方式の方が装置安定性が格段に高いことがわかっている。そこで、無偏光の入射光を試料に照射し、散乱光の左右円偏光成分を検出する装置デザインを採用する。
一方、低温ラマン光学活性分光装置では、装置の感度向上を主目的とする。また一部、偽信号が観測されることから、偏光関連部品の調整などを行い、装置性能の向上を図る。

次年度使用額が生じた理由

本年度は励起波長1064nmのラマン光学活性分光装置と低温ラマン光学活性分光装置を開発したが、概ね順調に研究が進展した。若干の次年度使用額が発生したが、予算消化も概ね予定通りであった。次年度はこの予算を活用し、装置の完成に向けて研究を進めていきたい。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2022 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うちオープンアクセス 2件、 査読あり 2件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件) 備考 (1件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [国際共同研究] Czech Academy of Sciences(チェコ)

    • 国名
      チェコ
    • 外国機関名
      Czech Academy of Sciences
  • [雑誌論文] Reisomerization of retinal represents a molecular switch mediating Na+ uptake and release by a bacterial sodium-pumping rhodopsin2022

    • 著者名/発表者名
      Fujisawa Tomotsumi、Kinoue Kouta、Seike Ryouhei、Kikukawa Takashi、Unno Masashi
    • 雑誌名

      Journal of Biological Chemistry

      巻: 298 ページ: 102366~102366

    • DOI

      10.1016/j.jbc.2022.102366

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Advanced spectral analysis of complex molecular system2022

    • 著者名/発表者名
      Fujisawa Tomotsumi、Unno Masashi
    • 雑誌名

      Molecular and Laser Spectroscopy Advances and Applications

      巻: 3 ページ: 25~54

    • DOI

      10.1016/B978-0-323-91249-5.00002-8

  • [雑誌論文] 近赤外ラマン分光法の色素タンパク質への応用2022

    • 著者名/発表者名
      藤澤知績、海野雅司
    • 雑誌名

      分光研究

      巻: 71 ページ: 105~107

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Conformation of Retinal Schiff Base in Proteorhodopsin Based on Raman Optical Activity2022

    • 著者名/発表者名
      FUJISAWA Tomotsumi、UNNO Masashi
    • 雑誌名

      Seibutsu Butsuri

      巻: 62 ページ: 331~333

    • DOI

      10.2142/biophys.62.331

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] New probe for porcelain glazes by luminescence at near-infrared excitation2022

    • 著者名/発表者名
      Masashi Unno
    • 学会等名
      The 12th International Conference on High-Performance Ceramics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ラマン光学活性分光を用いてタンパク質の活性部位を “見る”2022

    • 著者名/発表者名
      海野 雅司
    • 学会等名
      原子衝突学会 第 47 回年会
    • 招待講演
  • [学会発表] ラマン光学活性分光および計算化学を用いたビタミン B12 の溶液構造 解析と光センサータンパク質 CarH への応用2022

    • 著者名/発表者名
      谷 拓巳, 村木 則文, 藤澤 知績, 青野 重利, 海野 雅司
    • 学会等名
      第48回生体分子科学討論会
  • [学会発表] シアノバクテリオクロム RcaE におけるユニークな C15‐E,syn 型ビリン発色団のラマン分光法2022

    • 著者名/発表者名
      Yuji Okuda, Risako Miyoshi, Takanari Kamo, Tomotsumi Fujisawa, Takayuki Nagae, Masaki Mishima, Toshihiko Eki, Yuu Hirose, Masashi Unno
    • 学会等名
      第60回日本生物物理学会年会
  • [学会発表] Time-resolved cryo-Raman study of Na+ uptake and release by a sodium pumping rhodopsin from Indibacter alkaliphilus2022

    • 著者名/発表者名
      Tomotsumi Fujisawa, Kouta Kinoue, Ryouhei Seike, Takashi Kikukawa, Masashi Unno
    • 学会等名
      第60回日本生物物理学会年会
  • [学会発表] 低温ラマン分光法による photoactive yellow protein の L 中間体の構造解析2022

    • 著者名/発表者名
      Shota Kawasaki, Tomotsumi Fujisawa, D. Hoff Wotuer, Masashi Unno
    • 学会等名
      第60回日本生物物理学会年会
  • [学会発表] 低温ラマン分光法による光駆動 Cl-ポンプ NMR3 の発色団構造変化の研究2022

    • 著者名/発表者名
      Natsuki Ejima, Tomotsumi Fujisawa, Takashi Kikukawa, Masashi Unno
    • 学会等名
      第60回日本生物物理学会年会
  • [学会発表] Retinal conformations in microbial rhodopsins probed by Raman optical activity2022

    • 著者名/発表者名
      Masashi Unno, Tomotsumi Fujisawa, Takashi Kikukawa
    • 学会等名
      19th International Conference on Retinal Proteins
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 佐賀大学 海野-藤澤研究室ホームページ

    • URL

      http://biophysics.chem.saga-u.ac.jp/unno-lab/homu.html

  • [学会・シンポジウム開催] 分子分光学に関する研究会2022

URL: 

公開日: 2023-12-25  

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