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2015 年度 実績報告書

フルイド反応TEMを用いたタンパク質の結晶化過程“その場”観察

研究課題

研究課題/領域番号 26887001
研究機関北海道大学

研究代表者

山崎 智也  北海道大学, 低温科学研究所, 学術研究員 (50735032)

研究期間 (年度) 2014-08-29 – 2016-03-31
キーワードタンパク質 / 透過型電子顕微鏡 / リゾチーム / 結晶化 / 核生成 / 結晶成長 / 溶液成長 / “その場”観察
研究実績の概要

溶液中やそこで生じる現象をナノのサイズスケール、実時間で直接観察できるフルイド反応透過型電子顕微鏡(FR-TEM)を用いて、リゾチームタンパク質の結晶化を“その場”観察した。
その結果、今回用いた溶液条件では、2つの結晶相(斜方晶・正方晶)とアモルファス相が共存することが分かった。これらの相を同一の視野内で“その場”観察したところ、斜方晶は成長し、正方晶とアモルファス相は溶解した。このことから、この系で最も安定な相は斜方晶であることが分かった。また、結晶核生成のための前駆物質と考えられていたクラスターは、直径数百nmのアモルファス粒子として溶液中に存在することが明らかになった。
結晶に対する電子線照射の影響を評価するため、照射する電子量を制御して斜方晶結晶の成長速度の時間変化を測定した。光学顕微鏡を用いて測定した同一の溶液条件での結晶成長速度と比較したところ、電子線照射後の数十秒間は同一の値を示した。そのため、結晶化に対して電子線の影響を無視できる電子線量のしきい値が存在することが分かった。
また、結晶が核生成する瞬間を捉えることに成功した。結晶核は、前駆物質と考えられていたクラスター(アモルファス粒子)から直接生成するのではなく、不均質核生成サイトとして働くことが明らかになった。さらに、核生成した粒子の成長速度を解析したところ、核生成直後の粒子の成長速度はバルク結晶の成長速度よりも桁で大きいことが分かった。これは、核生成直後の粒子が結晶相ではなくアモルファス相であるためと考えられ、リゾチーム結晶の核生成過程では2種類のアモルファス相が関わっていることが明らかになった。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (2件) (うち謝辞記載あり 2件、 査読あり 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Development of compartment for studies on the growth of protein crystals in space2016

    • 著者名/発表者名
      T. Yamazaki, K. Tsukamoto, I. Yoshizaki, S. Fukuyama, H. Miura, T. Shimaoka, T. Maki, K. Oshi and Y. Kimura
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments

      巻: 87 ページ: 033107(1-7)

    • DOI

      10.1063/1.4942961

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Transmission Electron Microscopy of Crystallization of Lysozyme in a Solution2015

    • 著者名/発表者名
      T. Yamazaki, M. Shirai, H. Matsumoto and Y. Kimura
    • 雑誌名

      Microscopy and Microanalysis

      巻: 21 ページ: 255-256

    • DOI

      10.1017/S143192761500207X

    • 謝辞記載あり
  • [学会発表] 透過型電子顕微鏡を用いたタンパク質の結晶化における準安定相の直接観察2016

    • 著者名/発表者名
      山﨑智也, 木村勇気
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2016年大会
    • 発表場所
      幕張メッセ, 千葉県千葉市
    • 年月日
      2016-05-22 – 2016-05-26
  • [学会発表] 透過型電子顕微鏡を用いたリゾチーム結晶成長“その場”観察2015

    • 著者名/発表者名
      山﨑智也, 木村勇気
    • 学会等名
      第45回結晶成長国内会議
    • 発表場所
      北海道大学学術交流会館, 北海道札幌市
    • 年月日
      2015-10-19 – 2015-10-21
  • [学会発表] 透過型電子顕微鏡によるタンパク質結晶化“その場”観察2015

    • 著者名/発表者名
      山﨑智也, 木村勇気
    • 学会等名
      第39回結晶成長討論会
    • 発表場所
      同志社びわこリトリートセンター, 滋賀県大津市
    • 年月日
      2015-09-24 – 2015-09-28
  • [学会発表] Transmission Electron Microscopy of Crystallization of Lysozyme in a Solution2015

    • 著者名/発表者名
      T. Yamazaki, M. Shirai, H. Matsumoto and Y. Kimura
    • 学会等名
      Microscopy and Microanalysis 2015
    • 発表場所
      Portland, OR, USA
    • 年月日
      2015-08-02 – 2015-08-06
    • 国際学会
  • [学会発表] 溶液中の結晶化過程の研究に対する透過型電子顕微鏡の応用2015

    • 著者名/発表者名
      山﨑智也, 木村勇気
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2015年大会
    • 発表場所
      幕張メッセ, 千葉県千葉市
    • 年月日
      2015-05-24 – 2015-05-28

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公開日: 2017-01-06  

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