１タンパク質レベルでみる生体内電子移動反応：速度・構造・物性の相関関係の解明

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本研究の目的は、単一タンパク質内で生じる電子移動の速度とタンパク質構造・物性の同時解析及びそれらの相関関係の解明である。今年度は、光合成細菌ヘリオバクテリアの光合成反応中心タンパク質（hRC）内で電子移動担体として機能するクロロフィル色素（Chl a-A0）の１分子スペクトルを検出し解析した。新たに開発した顕微分光装置を用い、Chl a-A0 １分子の測定系を確立した。fs レーザー光をフォトニック結晶ファイバーに入射して得られた広帯域（500～1000 nm）のスーパーコンティニューム（SC）光をプリズムで分光し、波長可変光源として用いた。NA=0.6の反射対物レンズを組み込んだ反射型顕微鏡を作製し、光源と接続した。サンプルはクライオスタッド内にセットし、６Kで測定を行った。pM程度に希釈したhRC溶液をCaF2基板にスピンコートし、2D蛍光画像を測定すると、疎らに分布する輝点が観測された。輝点の蛍光が１ステップで光退色することを確認した。このような１ステップ光退色は単一粒子に特徴的な現象であり、輝点が単一hRC由来であることを示す。単一hRCの励起スペクトルを測定し、670 nm付近にシャープなピークを観測した。励起光強度に対する蛍光飽和特性から、Chl a-A0由来のピークと同定できた。タンパク質内の電子移動に関わる色素の１分子分光はこれまでに例がなく新規の結果である。Chl a-A0 １分子のピーク波長や線形が時間変化することも確認した。さらに高速な過渡変化をモニターするには信号の検出感度を上げる必要があったため、高NA（=0.97）新型対物レンズの使用を考えたが、レンズ視野の問題で安定した測定が難しかった。今後の課題として、改良を加えたレンズを新たに設計・作製する必要がある。低温ほど信号強度が上昇したため、超流動ヘリウム温度（1.5 K）での測定も不可欠である。