新しい金属酵素研究へのテラヘルツ電子スピン共鳴法の応用

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金属タンパク質の機能と金属中心の電子状態は密接に関わっており、様々な物理化学的手法によって金属タンパク質の電子状態研究が行われている。その中で電子スピン共鳴法（ESR）は特に利用されてきた分光法のひとつだが、市販の装置では半整数スピン系をもつ金属タンパク質のみしか測定対象とならなかった。これは測定に用いる周波数・磁場が低いためである。そこでこれまで高周波として市販より10倍高い周波数発振器、超電導磁石を用いたESR装置を開発してきた。しかし、金属タンパク質は大部分が水であり、さらに巨大生体分子の中にひとつだけしか金属イオンが含まれていない希薄スピン系であることから、感度の面で高周波数・強磁場ESR信号の観測が困難であった。今年度はこれを解決するため、テラヘルツジャイロトロン発振器を用いたESR装置を利用することとした。これを用いることで装置の感度は従来と変わらないが、照射するマイクロ波エネルギーが従来型ではμWオーダーであったものが、Wオーダーでの照射が可能となる。つまり信号の飽和が無いと仮定すれば、100万倍程度の高感度化が見込めるものである。これを用いてマッコウクジラ由来酸化型ミオグロビン（Fe3+ヘム）についてジャイロトロンESR測定を行った。その結果、500mWでは完全に信号が飽和して観測できないことが分かり、250mW以下の照射エネルギーで酸化型ミオグロビン由来ESR信号の観測に成功した。これはジャイロトロンを用いた初めての生体分子のESR信号観測である。次にグローブボックス内で作成した還元型ミオグロビン（Fe2+ヘム）について同様の測定を行った。こちらの信号はブロードであることが予想されており、今回強エネルギー照射条件ではベースラインのゆがみと信号強度が同程度になってしまうことが明らかになった。