| 研究課題/領域番号 |
25248009
|
|---|
| 研究種目 |
基盤研究(A)
|
| 研究機関 | 独立行政法人理化学研究所 |
|---|
研究代表者 |
竹内 佐年 独立行政法人理化学研究所, 田原分子分光研究室, 専任研究員 (50280582)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
|
| キーワード | フェムト秒 / ラマン分光 / 光受容タンパク質 / 水素結合 |
|---|
| 研究概要 |
独自のフェムト秒ラマン分光を開発することにより、光受容蛋白質の初期分子ダイナミクスの解明をめざした研究を推進した。まず時間分解インパルシブラマン分光を用いてイエロープロテインの初期構造ダイナミクスを研究した。この結果、特異的に強く観測される低波数バンドが他より速く１ピコ秒以内に減衰することを突き止め、光吸収の直後に、発色団周辺の水素結合構造の変化を伴った分子間の構造再構築が素早く起こると結論した。また、光サイクルの中で最初に現れる基底状態中間体（I0状態）の指標バンドを見出し、I0状態がフェムト秒時間領域からすでに生成され始めることを明らかにした。また量子化学計算結果との比較から、I0状態では発色団が歪みをもつシス型構造を有することが示唆された。
これと並行して、発色団分子の電子緩和と構造ダイナミクスを解明するために、近赤外域でのフェムト秒誘導ラマン分光装置を開発した。この装置では、光パラメトリック増幅器(OPA)出力の第２高調波(800～1200nm)を回折格子とスリットを用いて狭帯域化し、ラマン励起光として使用した。また試料の励起には別のOPA出力、プローブ光にはフェムト秒白色光を用い、InGaAs多チャンネル検出器で誘導ラマンスペクトルを取得した。バクテリオロドプシンの蛍光帯に共鳴する1100nmのラマン励起光を用い、初歩的データの取得に成功した。
一方、発色団の近傍にあるアミノ酸残基側の構造応答をフェムト秒の時間スケールで研究するため、深紫外域での誘導ラマン分光の準備も進めた。特に実験上で重要となるプローブ光の発生方式について検討を重ねた結果、非同軸光パラメトリック増幅器の出力を極薄の光学結晶で第２高調波に変換する方法が最適であるとの結論に至った。またこの方式により、芳香族アミノ酸の吸収に共鳴する290nm領域でのフェムト秒ラマン測定が可能であることを確認した。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
時間分解インパルシブラマンを用いたイエロープロテインの研究では、十分な信号・雑音比で低波数領域を中心にフェムト秒ラマンスペクトルを取得することができ、この光受容タンパク質の初期構造ダイナミクスを特徴付ける核運動の解明が進んだと考えている。また、発色団分子から周辺アミノ酸残基への構造変化の伝播の解明をめざし、近赤外および深紫外での誘導ラマン分光装置の開発も順調に進んだ。
|
| 今後の研究の推進方策 |
時間分解インパルシブラマンに用いる光パルスを現在より短パルス化する。これにより、高波数側の振動バンドの観測が可能になり、発色団分子の構造および水素結合構造の初期ダイナミクスの追跡をめざす。近赤外および深紫外領域での誘導ラマン研究では、開発した装置を用いた本格的な測定を開始する。さらに究極のフェムト秒構造ダイナミクス研究をめざし、プローブ顕微鏡を利用した実験についても検討を進める。
|
