DNAおよび蛋白質の水和水のダイナミクスと低周波集団振動

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たんぱく質,核酸などの生体物質の結晶は,重量の半分近くが水である.この結晶水は,バルクの水とも,無機結晶の結晶水とも異なる性質を持ち,まわりの相対湿度を変えるとその量が変わる.低周波領域のラマン散乱では,バルクの水と同程度の緩和時間(^〜5ps)を持つ結晶水の緩和を測定できる.ヌクレオチド結晶の結晶水の量を変えた測定から,ラマンスペクトルに現われる緩和モードは,X腺解析で位置の決まらない結晶水に対応することを我々は明らかにした.そこで,代表的な球状たんぱく質であるリゾチームの結晶と,フィルム状に配向させたNa-DNAの,0^〜250cm^<-1>のラマンスペクトルを,相対湿度を変えながら測定した.塩化ニッケル密度勾配法により作製した,数mm角の正方晶リゾチーム結晶の測定から,以下の結果を得た.1)ラマンスペクトルは,5つの減衰調和振動と,2つの緩和モードの和として現される.2)減衰調和振動の振動数および減衰定数は,偏光方向で異なる.3)緩和モードは,偏光方向には依存せず,結晶を乾かすと強度が減るので,結晶水に由来すると考えられる.4)緩和時間は,^〜10psから,もっとゆっくりしたものまで連続的に分布する.従って,X腺で見えない約2/3の結晶水の内には,バルクの水と同じ程度に自由なものがあると結論できる.Na-DNAのA型(75%r.h.)とB型(95%r.h.)の測定から以下のことがわかった.1)A型DNA(B型)のスペクトルは,4つ(3つ)の減衰調和振動と,2つの緩和モードの和として現される.2)A型には遅い緩和時間(^〜0.2ns)の結晶水が少量存在しB型にはより速い緩和時間(^〜0.1ns)の水が多量に存在する.3)A型,B型とも,^〜10psの緩和時間を持つ自由な水に近い結晶水が存在する。