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研究実績の概要
分子生物学の基本問題であるタンパク質の構造と機能を解明するための新しい実験系を開拓するのが本研究の目的である。過冷却水が安定的に存在する反応場の形成は，低温生物化学的アプローチによるタンパク質研究の鍵と言える。本研究では，金属酸化物からなる均一メソ多孔体（細孔サイズ：数～数十 nm）内に発現する過冷却状態を『低温反応分析場』と位置づけ，この場を利用した『低温生化学実験系』の構築を目標としている。平成27年度は，以下の項目について研究を遂行した。
【メソ細孔内低温生化学実験系の構築】低温環境下におけるDNAの自己集合構造（二重鎖形成）について，細孔サイズと二重鎖形成エンタルピーの相関を検証した。ここでは，4級アミンを修飾したメソポーラスシリカの細孔内に，蛍光色素を修飾したDNA断片を閉じ込めて，20℃～-60℃の温度範囲での蛍光共鳴エネルギー移動（FRET）測定から二重鎖形成エンタルピーを求めた。その結果，①細孔サイズと二重鎖直径がほぼ一致すると二重鎖形成が最安定化すること，②細孔サイズが二重鎖直径と僅かに大きいときは逆に不安定化すること，をそれぞれ確認した。一方，ヘアピンロープ構造をとるDNAについては細孔径に関わらず細孔内で構造が不安定化することが示された。以上の結果は，低温環境を利用して初めて明らかとした，DNA構造形成と空間サイズの相関関係である。以上の成果を踏まえて，ミオグロビンをモデルタンパク質とした構造形成エネルギーと空間サイズの相関を検証したところ，αヘリックスをつなぐループ部位が空間サイズに依存して変形することで構造安定性が変化することを示唆する結果を得た。
以上，『低温生化学実験系』の展開で必要不可欠な『生体高分子の構造と細孔サイズの相関』を明らかとした。
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