不凍蛋白質分子の界面吸着が氷結晶成長カイネティクスに及ぼす効果の分子レベル研究

抗冻蛋白分子界面吸附对冰晶生长动力学影响的分子水平研究

• 批准号: 05F05309
• 负责人: 古川 義純
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05F05309/
• 关键词: 不凍糖タンパク質; 氷結晶; 界面吸着; 共焦点蛍光顕微鏡; 再結晶; ギブストムソン效果; 結晶成長; 蛍光; 界面カイネティクス; 拡散場

1. 不凍糖タンパク質(Antifreeze Glycoprotein, AFGP)の凍結抑制機能を解明するために、AFGP水溶液中で氷 結晶の自由成長実験を行い、共焦点蛍光顕微鏡でその場観察した。AFGP分子を蛍光分子(FITC)によりラベルすることで、結晶の成長過程におけるAFGP分子の空間分布を明らかにした。結晶成長温度が-0.05℃のときに、界面吸着したAFGP分子間の間隔が21nm±4nmであることが明らかになった。この値から、ギブストムソン効果で界面の融点降下温度を見積もると1.2℃程度であることが予測された。しかしながら、新しいい界面が生成された時点で、AFG分子の界面吸着量がわずかであってもすでに界面の結晶成長は完全に停止することが実験的に示された。すなわち、この事実が示す結論は、氷/水界面へのAFGP分子の吸着挙動は、単に界面に沿った拡散や水溶液相から直接吸着する分だけでは説明できないことを示している。2. この実験結果をもとに、本研究の結論として新しいタンパク質分子の界面吸着モデルを構築した。それは、二段階可逆吸着モデル(2-step reversible adsorption model)と呼ばれるもので、界面へのAFGPの吸着がまず弱い吸着(不完全吸着)で起こり、それに引き続き強い吸着(完全吸着)の状態に移行する。このモデルにより、初めてAFGP水溶液中で観察される氷結晶成長の熱ヒステリシス現象が合理的に説明された。3. AFGP分子は、氷結晶の再結晶化も抑制することが知られているが、再結晶過程を蛍光顕微鏡で詳細に観察した。その結果、結晶粒界の三次元ネットワークの観察がはじめて可能になり、実際に再結晶が抑制されることを明らかにした。

1. The freeze-inhibiting function of Antifreeze Glycoprotein (AFGP) was investigated. The free-growth behavior of AFGP crystals in aqueous solution was observed by confocal microscope. AFGP molecules in the light molecule (FITC) in the growth process, crystallization of AFGP molecules in the spatial distribution of light. The crystal growth temperature is-0.05℃ and the intermolecular spacing of AFGP is 21nm±4nm. The temperature of the melting point of the interface is measured at 1.2℃. When a new interface is formed, the interfacial adsorption amount of AFG molecules disappears and the crystal growth of the interface completely stops. The results show that AFGP molecules adsorbed at the interface of water and water, and adsorbed directly at the interface of water and water. 2. The results of this study are summarized as follows: (1) The structure of interfacial adsorption between molecules is proposed. The adsorption of AFGP at the interface is weak adsorption (incomplete adsorption), transition from weak adsorption (incomplete adsorption) to strong adsorption (complete adsorption). This phenomenon is explained reasonably by the observation of the thermal behavior of the crystal growth in the aqueous solution of AFGP. 3. AFGP molecules are known to inhibit crystallization and recrystallization, and the recrystallization process is observed in detail by optical microscopy. As a result, the three-dimensional crystallization of the crystal grain boundary is observed.

项目成果

不凍糖タンパク質(AFGP)の氷/水界面吸着に対する2-step reversible adsorption model

抗冻糖蛋白（AFGP）冰/水界面吸附的两步可逆吸附模型

• 发表时间: 2008
• 作者: 古川義純;Zepeda Salvador;宇田幸弘;横山悦郎
• 通讯作者: 横山悦郎

マクロ分子の界面吸着が関与する結晶成長機構の解明と結晶成長制御への応用(招待)

阐明涉及大分子界面吸附的晶体生长机制及其在晶体生长控制中的应用（邀请）

• 发表时间: 2008
• 作者: 古川義純;Zepeda Salvador;宇田幸弘;横山悦郎;小川直久;灘浩樹
• 通讯作者: 灘浩樹

Diffusion, Incorporation, and Segregation of Antifreeze Glycoproteins at the Ice/Solution Interface,

抗冻糖蛋白在冰/溶液界面的扩散、掺入和分离，

• 发表时间: 2007
• 期刊: Proceedings of the International Conference on the Physics and Chemistry of Ice (印刷中)
• 作者: S.Zepeda;H.Nakaya;Y Uda;E Yokoyama;Y Furukawa
• 通讯作者: Y Furukawa

Antifreeze glycoprotein kinetics at the ice surface reveals a two-step reversible adsorption mechanism

冰表面的抗冻糖蛋白动力学揭示了两步可逆吸附机制

• 发表时间: 2007
• 作者: Zepeda Salvador;Yokoyama Etsuro;Uda Yukihiro;Furukawa Yoshinori
• 通讯作者: Furukawa Yoshinori

A model for antifreeze glycoprotein adsorption at an ice-solution interface

冰-溶液界面抗冻糖蛋白吸附模型

• 发表时间: 2007
• 作者: Yokoyama Etsuro;Zepeda Salvador;Furukawa Yoshinori
• 通讯作者: Furukawa Yoshinori