ISSN 0914-9805

2004,Nov.

200

No.

CONTENTS
『光と蔭』

谷口誠治
コスロービアン ハイク
又賀H

レーザーバイオ科学研究チーム（蛋白質のアミノ酸配列と立体構造のデータベース化）
として盛生体内で様々な役割を果たす蛋白質の高い機能性には、アミんに研究が行われている分野でもある。またこれらの技術が進ノ酸残基により巧みに構成される蛋白質の 構造 が深く関与しむにつれ、蛋白質結晶の応用（バイオチップへの導入による検ていると考えられ、蛋白質構造と機能性（反応性）との関連性に査システムとしての利用等）を指向した研究も最近見られるよ

ついて明らかにすることはバイオ研究の大きな課題である。こうになってきた。しかし一方で、蛋白質は本来生体膜（またはれらに関する重要な要素の一つに 蛋白質の結晶化 が挙げられ溶液）中で機能するため、環境の異なる結晶状態でも同様の機る。これは蛋白質の立体構造を、Ｘ線結晶構造解析により明ら能を発揮できるかどうかについては疑問があり、それを指摘すかにするために必要な技術であり、ポストゲノム計画の一つる報告例も見られる。結晶状態と溶液状態での蛋白質の機能性
5の相違について正確な情報を得ることは学術上重要な点であるばかりでなく、応用分野においても必要なことであると思われる。
われわれの研究グループでは、蛋白質機能のメカニズムを解明することを目的として、光に直接応答する蛋白質（光受容性蛋白質）の光反応について研究を行っており、その反応は蛋白質環境場の微弱な変化により大きく影響されることを見いだしてきた。本稿では溶液中と結晶中における光受容性蛋白質の光反応性の違いについて、われわれが新たに取り組んでいる研究も含めて紹介する。

光受容性蛋白質（光を直接吸収して反応および蛋白質の構造変化を引き起こす蛋白質）の一つとして代表的なものにPYP（Photoactive Yellow Protein）が挙げられる。PYPは青色光から中に含まれ逃げる性質を持つ好塩菌（Halorhodospira halophila）
る蛋白質で、青色光を吸収する発色団（p-クマル酸）を持つ。pクマル酸は基底状態では脱プロトン化しており、一方は蛋白質と共有結合で、もう一方は周囲のアミノ酸残基（チロシン（Tyr42）、グルタミン酸(Glu46)）との水素結合ネットワークで安定化されている（図１）。PYPは発色団の光吸収による異性化中とは異なっており、また中間体のGlu46とp-クマル酸の水素反応がトリガーとなり、蛋白質の構造変化を伴ういくつかの中結合はむしろ強くなっているものである。これらの結果は、結間体を経て元の状態に戻る光サイクル反応を示し、いわゆるバ晶中と溶液中ではPYPの反応ダイナミクスが大きく異なっておクテリアの 目 の機能を果たす蛋白質であると考えられていり、それぞれを区別して考える必要性があることを示している。またPYPは小さな蛋白質で（構成アミノ酸残基数が125と少る。

ない）あり、光に対する耐性も比較的高く、ロドプシンなど典型的な光受容蛋白質との類似点も見られることもあり、蛋白質

われわれの研究グループではPYPの光反応に関して、一連のの光機能を解明するためのモデルとなるものとしてその反応メ（図２）に反応のトリガーとなる発色団p-クマル酸の異性化反応カニズム、ダイナミクスの解明に興味が持たれている。

焦点を絞り、時間分解蛍光測定による反応ダイナミクスの研究を行ってきた。時間分解蛍光測定法は分光手法として代表的なPYPの光反応ダイナミクスの解明のため、近年パルスレーものの一つであり、p-クマル酸からの蛍光減衰をフェムト秒レ

ザーとＸ線パルスを組み合わせた時間分解結晶構造解析によるベルで観測することにより、周囲の蛋白質環境に影響された異観測が行われた。これにより、蛋白質の主な構造変化は発色団性化の様子をとらえることが可能である。この研究については近辺のみであることや、反応中間体ではGlu46とp-クマル酸の本誌においても過去に報告してきたが、簡単にまとめると以下水素結合が切れ、さらにはp-クマル酸が完全に回転してアルギのようになる。

ニン（Arg52）と水素結合すること等が明らかとなった。この結・ p -クマル酸の光異性化は約100フェムト秒の反応寿命成分を果は、蛋白質の構造変化を 直接 とらえる手法として時間分解含む超高速過程である。

X線構造解析が非常に優れたものであることを示したものであ・蛋白質の構造を解いた状態では光異性化は起こらない、あるる。しかし一方で、従来行われてきた溶液中での過渡吸収や低いは非常に遅くなる（＞30ピコ秒）。またアミノ酸の一部を別温トラップによるIR測定などの分光手法による結果との相違の種類のものに改変（ミューテーション）することによっても点も指摘されている。つまり、溶液中では中間体は発色団近辺同様に異性化反応速度は遅くなり、さらに改変個所によって以外の部分でも構造の変化が見られることから構造自体が結晶も反応速度は変化する。

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・光励起によりp -クマル酸の特定の分子振動（面外骨格振動γ16モード）が誘起され、超高速異性化の原因となっている可能性がある。
異性化反応におけるこれらの特性はいずれも蛋白質内反応に特有のものであり、蛋白質構造による反応制御がフェムト秒レベルの超高速領域にまで及ぶことを明確に示している。

一方、これらの結果は溶液中で観測されたものである。では結晶中の異性化反応のダイナミクスはどのようになるのであろうか。この疑問を明らかにするには、結晶中での挙動を溶液中と同様の手法により観測し比較することが良い方法であるように思われる。そこでわれわれは現在、単結晶状態のPYPについ度も大きくなる。結果から明らかなように、結晶中での異性化てもフェムト秒時間分解蛍光測定を行い、反応ダイナミクスのは溶液中よりも遅くなっており、反応ダイナミクスはやはり異比較を行った。図３（次ページ）に結果の一部を示す。図中、青なっている。この要因として考えられることとして、空間自由（観測波長は蛍線は溶液中、赤線は結晶中のp-クマル酸の蛍光度の制限がある。つまり、結晶中では蛋白質間の距離が近く構光スペクトルのピーク付近）減衰曲線であり、異性化反応が速造変化に必要な自由度が制限されているため、光に対する反応いものほど光励起後の経過時間（横軸）に対する蛍光強度の減衰性が低くなっているものと考えられる。また、結晶中では周囲……99
Edward Teller（1908-2003）は20世紀の偉大な物理学者の一人である。残念なことに昨年他界した。『PhysicsToday』8月号（2004）に「テラーの科学的人生」と「パブリックアリーナ（政界）のテラー」と題する2篇の追悼記事が出ている。いわゆるハンガリー生まれのユダヤ人学者で、貧しい農業国ハンガリーの中から傑出し、ヒトラーの圧政に抗してアメリカに流出、物理学で名をなし、核戦力の必要性を訴え、遂に水爆の父との異名を奉られた人物である。SDIの必要性を唱え、レーザー核融合の平和利用にも情熱を傾けた。前半の研究人生では有名な多原子分子の縮退解消にかかわるヤーン・テラー効果やβ崩壊の選択規則であるガモフ・テラー遷移を見いだしている。
さて本題に戻ろう。先号でも触れたが、H. HoraとG. Mileyが標記の本を編集した。Imperial College Pressの出版で12月に発売になる。E. Campbellが前書きを書き、テラーの講話とテラー賞受賞者の記念講演が集められている。昨日その前刷りの仮綴じ本が送られてきた。多分出版社に推薦文を書いたお礼のつもりだろう。
エドワード・テラー賞は元をただせばH. Horaが演出したもので、彼とH. Schwarzが始めたLaser Interaction andRelated Plasma Phenomena Workshop（LIRPP）第10回のモントレー会議で第1回の授与が行われた。受領者は私とJ. Nuckolls、N. BasovおよびH. Horaであった。LIRPPは1997年第13回で終了し、1999年からはInertial Fusion
Science and Application Conference（IFSA）に衣替えし、引き続き会議の場でテラー賞が授けられている。大阪大学
からは私の後に中井貞雄、高部英明の二人がテラーメダルを受けている。賞の受賞者などからなる選考委員がこの時期即ち会議開催前年の年末にレーザー核融合へ優れた貢献をなした候補者を選定することになっている。
選考委員長はG. Miley（1991）、H. Hora（1993、1995）、J. Nuckolls（1997）、E. CampbellとB. Hogan（1999、2001，2003）が務めている。ぼつぼつ日本から委員長を出すべきころ合いである。
ところでこの本にあるテラーの講話は今もって人をひきつけるド迫力がある。一読をお勧めする次第。
【（財）
レーザー技術総合研究所 研究所長】
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に水がほぼ存在しないため、蛋白質内での水素結合相互作用が変化し反応性に影響している可能性も考えられる。ただし結晶の反応ダイナミクスに関しては、励起光偏向や結晶表面の状態等の影響を受けやすいため、さらに詳細な議論が必要であり、このため現在フェムト秒蛍光分光法と顕微分光法を組み合わせた測定システムを作成してそれらについての研究を進行中である。PYPに関するわれわれの研究は、奈良先端技術大学院大学物質創成科学研究科片岡研究室（今元助教授）、大阪大学大学院理学研究科徳永研究室の両研究室の協力の下で行われており、御協力には深く感謝いたします。

γ線核反応中性子計測
レーザーエネルギー研究チーム

今崎一夫

当研究所では光を蓄積することにより、高エネルギー電子とこのような計測で最も問題となるのが散乱された中性子であの相互作用で高効率コンプトン散乱を誘起し核を変換する可能る。これが影響してスペクトルの形を大きく歪める。このため性について調べている。これはγ線のエネルギーを電子エネル

極力、散乱中性子の影響が少ないような中性子の飛行路や遮蔽ギーと光波長によりチューニングし、核の巨大共鳴に同調するが必要となる。このためにはコンクリートやパラフィンが有効ことにより核反応が起こり、異なる核に変換されることを用いである。これらは水素原子核を多く含んでおり中性子を止めるる方式である。このときγ線による核の巨大共鳴により中性子能力が高い。一方γ線の遮蔽に有効な鉛などは止める能力がなが発生する。これまではスーパーキャビティーγ線による核変く散乱体となる。そのため両者をうまく組み合わせて中性子飛換研究においてγ線発生、スペクトルやその反応率を兵庫県立行路や遮蔽を考えることが必要となる。

大学（旧姫路工大）のニュースバル電子蓄積リング等において調

現在、ほぼこのための設計も終わり遮蔽や計測のためのボッべてきた。今後反応時に誘起される中性子の計測を行う計画でクスも設計が終了している。計測のシンチレーターや回路計のあり現在準備が進められている。

チェックも進行中である。

この中性子は核変換の二次的な反応に使用することができる。変換量の増大やエネルギー回収に寄与する。核の巨大共鳴
物理はよく解明されており、中性子に入るエネルギーもかなりの精度で計算できる。図におおよその中性子エネルギースペクトルを示す。入射γ線のエネルギーを17MeVとしている。

高次のγ〜２n反応も起こるが影響は少ない。このような中性子の計測をシンチレーターを用い、反応の原点＝ガンマ線照射時から中性子到達の飛行時間法で、中性子のエネルギースペクトルを調べる。これは核融合中性子計測によく用いられる方式である。
Laser Cross No.200 2004,Nov.

http://www.ilt.or.jp

発行／財団法人レーザー技術総合研究所 編集者代表／今崎一夫 〒550-0004 大阪市西区靱本町1-8-4 大阪科学技術センタービル 4F TEL(06)6443-6311 FAX(06)6443-6313

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