物質輸送とダイナミクスから探る生体分子-水相互作用と生体高品位保存への知見の展開

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令和3年度の主な成果を以下に挙げる.(1) 生体分子水溶液の誘電分光におけるクラマース・クローニッヒの関係を用いた解析の有効性の確認生体分子の水溶液など導電性を示す系の誘電分光においては, 誘電率虚部のスペクトルの数GHzまでの周波数領域に直流導電率成分の寄与があらわれ, この周波数領域で観測される水分子のスローダイナミクスの評価を困難にすることが知られている. スペクトルの低周波領域に対するフィッティングを行ってこの直流導電率を評価・除去する方法が用いられる場合もあるが, この従来の手法は低周波領域に別の緩和がある場合に直流導電率成分の見積りが困難であることが指摘されていた. 本研究では, 直流導電率成分を含まない誘電率実部のスペクトルからクラマース・クローニッヒの関係を用いて誘電率虚部を求める方法を確立し, 代表的なタンパク質であるリゾチーム水溶液の誘電分光の解析に適用した. この結果を, 従来の手法による過去の文献と比較した結果, 約20GHzに見られるバルク様の水分子による誘電緩和(γ緩和)は一致したが, サブGHzに見られる生体分子と相互作用した水分子ダイナミクスの情報を含む誘電緩和(δ緩和)には違いが見られた. この偏差は従来の手法のフィッティングによる直流導電率成分の除去の不確かさによるものであると考えられ, 本研究のクラマース・クローニッヒの関係を用いた解析がこの不確かさの影響を受けない手法として, とくにサブGHzの誘電緩和の解析に有効であることを示した.(2) 生体分子の保存と保護物質水溶液の物性との関係の整理バイオマーカー酵素である乳酸脱水素酵素(LDH)を保護物質水溶液に混合し, 恒温器中で保存し残存活性を評価した. この結果を, 保護物質水溶液に対する誘電分光で評価された水分子ダイナミクスや, ソーレー強制レイリー散乱法による物質拡散の測定結果と比較し, これらが生体分子の保存に及ぼす影響について知見を整理した.