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

太赫兹电子自旋共振方法在新型金属酶研究中的应用

• 批准号: 21K18937
• 负责人: 堀谷 正樹
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Saga University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18937/
• 关键词: 金属タンパク質; 電子常磁性共鳴; テラヘルツ; 高周波数・強磁場ESR; ヘムタンパク質; 金属酵素; ジャイロトロン; 電子スピン共鳴法; 整数スピン; 強磁場; テラヘルツESR; ヘム酵素

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。

Function of metal タ ン パ ク qualitative の と metal center の electronic state は contact に masato わ っ て お り, others 々 な physical and chemical methods に よ っ て metal タ ン パ ク qualitative research の electronic state line が わ れ て い る. そ の で in electronic ス ピ ン method of resonance (ESR) は に using さ れ て き た spectrometry の ひ と つ だ が, city vendor の device で は half integer ス ピ ン department を も つ metal タ ン パ ク qualitative の み し か determination as seaborne と な ら な か っ た. <s:1> れ is used to determine に with the frequency of れ る and the magnetic field が and the low ためである ためである. そ こ で こ れ ま で high frequency と し て in vendor よ り い cycle for up to 10 times as high 発 oscillator, super conductive magnet を with い た ESR device を open 発 し て き た. し か し, metal タ ン パ ク は most が water で あ り, さ ら に huge living body molecular の に ひ と つ だ け し か metal イ オ ン が containing ま れ て い な い when thin ス ピ ン department で あ る こ と か ら, sensitivity の surface で high frequency, number of strong magnetic field, the ESR signal の 観 が difficult measurement で あ っ た. Our は "こ れ を solve す る た め, テ ラ ヘ ル ツ ジ ャ イ ロ ト ロ ン 発 oscillator を with い た を ESR device using す る こ と と し た. こ れ を with い る こ と で device の sensitivity は 従 to と - わ ら な い が, illuminate す る マ イ ク ロ wave エ ネ ル ギ ー が 従 type to で は mu W オ ー ダ ー で あ っ た も の が, W オ ー ダ ー で が の exposure may と な る. Youdaoplaceholder0 ま the <s:1> saturated が no と仮 と仮 fixed すれば, 1 million times the degree of <s:1> high sensitivity が can be found in 込める 込める <s:1> である である である. こ れ を with い て マ ッ コ ウ ク ジ origin type acidification ミ ラ オ グ ロ ビ ン (Fe3 + ヘ ム) に つ い て ジ ャ イ ロ ト ロ ン ESR measurement line を っ た. そ の results, 500 mw で は に signal が completely saturated し て 観 measuring で き な い こ と が points か り, below 250 mw の irradiation エ ネ ル ギ ー で acidification model ミ オ グ ロ ビ ン origin ESR signal の 観 に measuring success し た. <s:1> れ, ジャ, ジャ, <s:1>, ロトロ, を are used to measure である by the <s:1> た initial めて <s:1> ESR signal 観 of <s:1> somatic molecules 観. Time に グ ロ ー ブ ボ ッ ク ス で done within し た type also yuan ミ オ グ ロ ビ ン (Fe2 + ヘ ム) に つ い て with others の line measurement を っ た. こ ち ら の signal は ブ ロ ー ド で あ る こ と が to think さ れ て お り, today back to strong エ ネ ル ギ ー exposure condition で は ベ ー ス ラ イ ン の ゆ が み と が signal strength with degree に な っ て し ま う こ と が Ming ら か に な っ た.

项目成果

Intramolecular electron transfer from biopterin to FeII-O2 complex in nitric oxide synthases occurs at very different rates between bacterial and mammalian enzymes: Direct observation of a catalytically active intermediate

• DOI: 10.1016/j.jinorgbio.2022.112035
• 发表时间: 2022-10-27
• 期刊: JOURNAL OF INORGANIC BIOCHEMISTRY
• 影响因子: 3.9
• 作者: Kobayashi，Kazuo;Ito，Yuko Tsutsui;Kozawa，Takahiro
• 通讯作者: Kozawa，Takahiro

スピンラベル-ESR法を利用した酵素の構造柔軟性の実測

使用自旋标记-ESR法实际测量酶的结构灵活性

• 发表时间: 2022
• 作者: 矢垰 紅音;浅香 里緒;渡邉 啓一;堀谷 正樹
• 通讯作者: 堀谷 正樹

ヘム駆動型フェロミクスプローブの反応機構解明

阐明血红素驱动的铁组学探针的反应机制

• 发表时间: 2022
• 作者: 黒岩もね;垣内亮;平山祐;堀谷正樹
• 通讯作者: 堀谷正樹

X-ray Crystallography and Spin-Labeling ESR Reveal Cold Adaptation and High Thermal Stability Mechanism of Cold-Adapted Glucokinase

X射线晶体学和自旋标记ESR揭示冷适应葡萄糖激酶的冷适应和高热稳定性机制

• 发表时间: 2022
• 作者: Akane Yato;Rio Asaka;Hiroshi Sugimoto;Keiichi Watanabe;Masaki Horitani
• 通讯作者: Masaki Horitani

Analysis on Cold Adaptation Mechanism of Metalloenzyme by X-ray Crystallography and EPR Spectroscopy Combined with Rapid Freeze-Quench

X射线晶体学和EPR光谱结合快速冷冻淬火分析金属酶的冷适应机制

• 发表时间: 2021
• 作者: Masaki Horitani;Yuri Kasu;Hiroshi Sugimoto;Keiichi Watanabe
• 通讯作者: Keiichi Watanabe