新学術領域研究「柔らかな分子系」ニュースレター

No. 10平成 26 年 6 月

第 3 回全体合宿会議 開催報告
神取 秀樹

（名工大院工・総括班）

若手育成、私から共同研究とワークショップ、水谷氏
からニュースレター、北尾氏からアウトリーチ活動に

本新学術領域研究の第 3 回全体合宿会議が、平成 26ついてのアナウンスがあった。お昼の時間には、昼食

年 6 月 3 日（火）～5 日（木）に、八ヶ岳ロイヤルホをとりながら班会議が三つの研究項目に分かれて行わテル（山梨県北杜市）で開催された。新学術領域研究れ、領域を盛り上げるための意見交換を行った。午後「柔らかな分子系」は平成 25 年度に 10 名の計画研究

は 1 時半から 3 時間ほど自由討論を行い、その後、大メンバーでスタートしたが、本領域が目指す学術研究

洞光司氏（阪大）、倉重佑輝氏（分子研）、坂本 章氏（青の新しい潮流のためには公募研究メンバーの参加が待山学院大）が研究構想を紹介した。夕食後は前日と同望されていた。今回の合宿会議は 34 名の公募研究メ様、ポスター発表を行ったが、空が明るくなるまでデンバーを含むフルメンバーでの最初の集会であり、ィスカッションを続けた参加者もいたようだ。

112 名の参加者が 105 件のポスターを持ち寄って八ヶ会議最終日では、川村 出氏（横浜国大）、林 久美子岳の麓に集結した。

氏（東北大）、森本正和氏（立教大）による研究構想が会議初日は、最初に田原太平領域代表から、領域が述べられた後、最後の全体会議において田原代表の司目指す方向や運営方針について説明がなされた。
「自由会のもと、領域に期待することについて、主に若手の闊達」な本領域をさらに活性化するための期待が新メメンバーから意見が出され、閉会となった。

ンバーに向けて発せられた。続いて、A01, A02, A03

世話人として当合宿会議を担当するにあたり、私はの順で研究代表者による自己紹介のショートプレゼン

この会議を「集団見合い」として位置付け、分野の異テーションが繰り広げられた。班長が座長を務め、代なるメンバーが連携や共同研究につながるような交流

表者は「研究者としての自分の強み」、「柔らかさをどの場を提供することを考えた。屋外での自由討論もそう考えるか」、「共同研究の可能性」を含む自己紹介をの一環であったが、林に入ると予想外に道がタフで、行った。続いて研究代表者以外によるポスタープレゼミニハイキングの様なイベントになった。しかし清々ンテーションが行われたが、座長の藤井正明氏から「うしい空気の中、多くの参加者が分野を超えて苦労を分けたプレゼン」にはコアメンバーからビールが振舞わかち合い、親しく話せた効果は大きく、ポスターセッれるとのコメントがあり、若手のモチベーションも上ションでの盛り上がりにも一役買っていた。八ヶ岳かがったようだった。夕食後、午後 8 時半からポスターら共同研究のきっかけが芽生えたとしたら世話人とし発表が行われ、白熱した討論が深夜まで続いた。てこんな嬉しいことはない。私は共同研究の担当でも会議二日目の午前には、大戸達彦氏（阪大）、清水智あるので、そのあたり「集団見合い」の成果は 11 月子氏（物材機構）、楊井伸浩氏（九大）、水瀬賢太氏（分の公開シンポジウムなどで見届けたいと考えている。

子研）、尾谷優子氏（東大）、天辰禎晃氏（秋田大）が最後に、本会議の開催準備、進行を手伝ってくれた名それぞれの研究構想を紹介した。領域運営に関する全工大神取研究室のスタッフと学生諸氏に感謝したい。

体会議では、藤井氏から今後の行事予定、田原氏から40

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No. 10平成 26 年 6 月

業績紹介：高速 AFM により明らかにされたキチン分解酵素の双方向高速移動
内橋 貴之（金沢大・A02 公募研究代表者）

論 文 題 目 ： "Two-way Traffic of Glycoside Hydrolase
Family 18 Processive Chitinases on Crystalline Chitin"
著 者 ： *Kiyohiko Igarashi, *Takayuki Uchihashi, TakuUchiyama, Hayuki Sugimoto, Masahisa Wada, Shohei
Sakuda, Kazushi Suzuki, Toshio Ando, Takeshi Watanabe,
Masahiro Samejima （* 共同筆頭著者）
雑誌巻号：Nature Commun. 5, 3975 (2014).

図 高速 AFM によるキチナーゼの運動観察。(a) 結晶性キチン表面を双方向に動く 2 種類のキチナーゼ（キモグラフ）。(b)セルラーゼ、キチナーゼ A
および B の基質表面の移動速度。

キチンはエビやカニなどの殻に含まれる物質としてよく知られており、N-アセチルグルコサミンが千個～数万個つながった直鎖状の多糖ポリマーである。健康食品などに含まれるN-アセチルグルコサミンやグルンを分解する活性ドメインがキチン結合ドメインに対コサミンは、このキチンやキトサンを分解したものでして逆向きに付いていることから、二つの酵素は逆方あり、その用途は医薬品、化粧品、繊維、食品、医用向に分解するのではないかと推測されてきたが、実際材料など多岐にわたっている。しかしながら、キチンに逆方向に反応している分子の動きを初めて捉えるこは不溶性で強固な結晶構造からなるため、分解利用すとができた。また、分子の移動速度はキチナーゼAでるには高温や強酸で化学処理する必要があり、このた71nm/s、キチナーゼBで47nm/sであった(図b)。キチめ、地球上に豊富に存在する生物資源であるにも関わンを構成しているジアセチルキトビオースの長さが約らず、その利用は限られていた。一方で、バクテリア1nmであることから、分解速度はキチナーゼAでは71が産出する酵素であるキチナーゼは、常温常圧の温和回/s、キチナーゼBでは47回/sになり、これまでに我々な環境で、キチンのβ-1,4 結合を加水分解できることが計測したセルロース分解酵素（セルラーゼ）の分解から、分解反応機構の理解はバイオマスの有効利用に速度10回/s[1]と比較すると、キチナーゼの分解速度は向けて極めて重要であると考えられている。

きわめて速いことがわかった。また、酵素がキチンかこれまでキチンの酵素分解反応は、生化学的解析やら解離するまでの連続反応回数は、キチナーゼAとB

電子顕微鏡による結晶性キチンの形態観察から、反応でそれぞれ約21回と約13回となり、生化学的解析からが固体／溶液界面で起こること、反応は1 回完結型で推定された値(Aで9.1回、Bで3.4回)よりも2~4倍も大はなく、酵素自身が基質上を移動しながら連続して(プきいことがわかった。これらのことから、溶液中の全ロセッシブに) 分解することなどが明らかにされてい酵素分子のうち、10% 程度の分子だけが実際にプロセるが、キチナーゼの分解速度や連続分解回数などのプッシブな分解反応を担っていることが示唆された。

ロセッシビティについて知るための有効な手法がなか

本論文は、通常の溶液系をモデルとした生化学的解った。今回、高速AFMによりキチナーゼが結晶性キチ析をそのまま適用することは難しい固液界面で起こるンを加水分解しながら移動する様子を直接観察するこ

酵素反応に対して、高速AFMが有効な解析手法であるとに成功し、二種類のキチナーゼの双方向移動やそれことを示している。今後、さらに種々のキチナーゼやぞれの酵素の分解速度などを明らかにした。

活性サイトを改変した変異体、複数の基質を用いて解深海に生息するサツマハオリムシから調製した結晶

析を進め、知見を蓄積していくことで、キチナーゼに性のβキチンを基板に固定し、Serratia marcescens由よる結晶性キチン分解の分子機構の解明につながると来の酵素（キチナーゼAとB）が加水分解する様子を高期待される。

速AFMで観察したところ、二種類の酵素は同一キチン上を逆方向に移動している様子が観察された(図a)。こ

引用文献

れまでも、構造解析によりキチナーゼAとBでは、キチ[1] K. Igarashi et al., Science 333, 1279-1282 (2011).

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No. 10平成 26 年 6 月

九州大学・関谷 博教授が「平成 26 年度日本分光学会賞」を受賞
迫田憲治 （九大・A02 公募研究分担者）てきました．ノーベル賞受賞者のZewailらが気相でフェムト秒時間分解光イオン化の実験を行い，２つのプこの度，本新学術研究A02項目の公募班代表者である関谷ロトンが一個ずつ段階的に移動する機構を主張しまし博・九州大学教授が，「多重共鳴分光法によた．一方，溶液のフェムト秒分光から中間状態を経由る分子・分子クラスターの励起状態ダイナミクスの研しない協奏的機構が主張され，世界的に激しい論争が究」で日本分光学会賞を授与されました．日本分光学起こりました．この論争は10数年の長きに渡り続きま会賞は，分光学およびその関連分野に関する優れた研したが，関谷教授は，エネルギーと時間の分解能を最究実績をもつ学会員で，学術の発展に特に顕著な功績適化させた分光学的に“正しい”時間分解分光を初めのあったものを対象として年2件以内に授与されるもて実行する事に成功し，Zewailらの測定の問題を明確のです．学生時代から16年に渡り研究を一緒に行ってに指摘し，気相においても励起状態二重プロトン移動きた者として，また，本新学術研究の一員として，関反応が協奏的機構で起こることを明確にしました．

谷教授の受賞に心よりお祝い申し上げたいと思います．

2000 年代後半には，7AI に水・アルコールが溶媒以下に，今回の受賞対象となった主たる研究業績をご和したクラスターを中心に水素結合ネットワークの紹介いたします．

研究へ進みました．水素結合ネットワークの研究は生

水素結合とプロトン移動は物理，化学，生物の多く体分子のプロトン移動反応機構の理解の基盤であり，の分野できわめて重要な素反応であり，その構造とダ気相分光の枠を越える研究として高く評価されていイナミクスの研究は分光学の最重要課題の一つです．

ます．溶質分子に水分子が結合し，水素結合ネットワ量子論的現象であるトンネル効果によるプロトン移動ークを形成すると，プロトン移動障壁が著しく低下すには古くから強い興味が持たれていました．1980年代

ることが，理論的に示されていましたが，水和クラスの後半はプロトントンネル効果の研究の黎明期でした．

ターにおいて水素結合ネットワークを介した多重プ

関谷教授は，いち早く超音速ジェット装置と様々なレロトン移動の観測例はありませんでした．関谷教授は，ーザ－分光（蛍光分光法，多光子イオン化分光法，赤水和した 7AI クラスターの励起状態多重プロトン移

外イオン・蛍光ディップ法，ホールバーニング分光法）

動における振動状態選択性やトンネル効果，水ネットによる研究を開始し，現在まで孤立分子と分子クラスワークの異性化など新規な現象を発見し，そのメカニ

ターにおける水素結合とプロトン移動の先駆的な研究

ズムの解析に成功しております．

成果を上げ続けています．

関谷教授がこれまでに公表した研究成果の波及効

特に有名な業績として，90年代のトロポロンとその果は大きく，我が国の分光学の存在感を強く世界に示誘導体及びトロポロンと希ガス原子，窒素分子，一酸す業績です．関谷教授の今後の益々のご活躍を期待し化炭素分子などとの分子間錯体系についての系統的なております．

研究が挙げられます．特にプロトントンネリングの分裂値の正確な決定を行い，トンネル反応の振動モード選択性を発見しました．また，励起状態においてメチル基の内部回転と分子内プロトン移動の二つの大振幅振動が同時に起こる系において，二つの運動が結合する現象を初めて発見しました．
2000年代には，７－アザインドール二量体（7AI2）のプロトン移動の機構に関する世界的論争に決着をつける学術的に大変インパクトのある研究を行っており
ます．7AI2は光励起で2つのプロトンが移動する励起
授賞式にて（関谷博教授（右）と緑川克美会長）

状態二重プロトン移動を行う系として強い興味を集め

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No. 10平成 26 年 6 月

97th Canadian Chemistry Conference and Exhibition 出張報告山口祥一 （埼玉大院理工・A02 計画研究分担者）(2) 対称心のない極性分子の共鳴 SFG では電気双極子遷移の寄与が支配的で界面選択性が保たれているこ2014 年 6 月 1 日から 5 日まで，カナダ・バンクーと，(3) 対称心のあるベンゼンの液体表面の CH 伸縮
振動共鳴 SFG では電気四極子遷移の寄与が支配的でバーのバンクーバー・コンベンション・センターで開催された 97th Canadian Chemistry Conference andあるものの適切な偏光配置によって表面とバルクの寄Exhibition に出席しました．この期間中には，柔らか与を分離できること，を詳しく解説しました．質疑応な分子系の第三回全体合宿会議が開かれていましたが，答では，磁気双極子遷移の寄与が無視できることも説関係者のご好意で国際学会の招待講演を優先させてい明しました．休憩時には「四極子が初めて分かって勉ただきました．それにお応えするために，この学会の強になった」というお褒めの言葉を数名からいただき様子と内容を報告いたします．

ました．

Canadian Chemistry Conference and Exhibition

このシンポジウムの主な講演は以下の通りでした．

は，いわばカナダ化学会の年会です．従って，化学のS. Roke (Institute of Bio-engineering, Switzerland)全分野をカバーしています．筆者の周辺の物理化学のは，微粒子の SFG の散乱分光と水の水素結合構造に日本人研究者は全く見かけませんでしたが，錯体化学

ついて報告していました．A. Benderskii (Univ. ofや超分子化学の著名な日本人研究者が複数参加されてSouthern California) は，水の表面の自由 OH 伸縮といるのを拝見しました．会議の形式は，日本化学会年

HOH 変角の振動 SFG スペクトルについて議論してい会とは異なり，米国化学会の ACS Meeting に類似しました．J. M. Gibbs-Davis (Univ. of Alberta) は，シて，一般講演はほとんどなく，多数の選ばれたトピッ

リカ／水界面の水素結合構造に対するイオンの効果にクについての“シンポジウム”から全体が構成されて

つ い て の 研 究 を 紹 介 し て い ま し た ． E. Yan (Yaleいました．どのシンポジウムでも，招待講演は 40 分，Univ.) は，キラル敏感振動 SFG を利用した界面のタその他は 20 分でした．

ンパク質の分子配向決定について講演していました．
J. Conboy (Univ. of Utah) は，第二高調波発生（SHG）

筆者は，表面科学の分野（なぜか物理化学分野から分 離 さ れ て い ま し た ） の "New Developments inの（自己および相互）相関分光を開発し，界面分子のSurface Spectroscopy and Microscopy" と題するシ

吸着脱離の遅いダイナミクスを研究していました．C.
Tian (Fudan Univ., China) は，良く知られている液ンポジウムに招待していただきました．このシンポジウムのオーガナイザーは，University of Victoria の滴の負帯電の謎の解明を目指して，位相敏感 SFG をDennis Hore 准 教 授 と ， University of British

ヘキサン単分子膜／水界面に適用していました．E.

Columbia の Keng Chou 准教授でした．彼らは，非線Borguet (Temple Univ.) は，シリカ／水界面の超高速
振 動 ダ イ ナ ミ ク ス の研 究 を紹 介 し て い ま し た ． P.

形分光による表面・界面科学の気鋭の若手研究者です．
この分野では，新しい方法論の開発が新しい発見にとKoelsch (Univ. of Washington) は，SFG によるアミって必須であり，そのような観点からのシンポジウムロイドフィブリルの構造の研究について報告していまとなりました．参加者は，カナダと米国からがほとんした．Z. Chen (Univ. of Michigan) は，線形・二次非どで，その他は日本（筆者），スイス，フランス，台湾，

線形分光による界面固定タンパク質の構造の研究を紹中国から 1 名ずつでした．

介していました．P. Hayes (Univ. de Montréal) は，筆者は，理化学研究所・田原分子分光研究室在籍時

シリカ／水界面におけるアルキルアンモニウム界面活代の研究から，和周波発生（SFG）分光における電気性剤の吸着と自己組織化を SFG によって研究してい四極子遷移の寄与について講演しました．SFG の界面ました．

選択性は，電気双極子近似の下にあります．電気四極今回の出張は実り多いものとなりました．カナダ出子遷移の寄与がどのような場合にどの程度あるのかと張をお許し頂いた関係者の皆様に重ね重ね御礼申し上いうことは，SFG の根本に関わる重要な問題です．筆げます．

者は，(1) 液体表面の SFG の非共鳴バックグラウンドにおいては電気四極子遷移の寄与が支配的になること，

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No. 10平成 26 年 6 月

Polymer Chemistry 6th 国際シンポジウム（上海）参加報告
中西 尚志（物材機構・A03 計画研究代表者）

した「分子の自己組織化のタイミングと構造・機能を制御できる新しい自己組織化技法」を紹介しました。

八ヶ岳で行われた第 3 回全体会議を二日目班会議ま講演したセッションが、主には両親媒性高分子の自己でで中座させていただき、平成 26 年 6 月 5 日から 7

組織化挙動に関して議論する場となっており、私の講日まで中国・上海で開催された、The 6th International

演内容に関しても質問時、コーヒー休憩時に有意義なSymposium on Polymer Chemistry (PC 2014)に参加ディスカッションを行うことができました。

し、招待講演を行いました。貴重な研究交流・意見交

右下の写真は、会期二日目の夜に開催された懇親会換の場である全体会議を全うできなかった償いも込めでの一枚です。元々知り合いだった一番右端の Prof.て、この場をお借りしまして参加した会議で得られた

Xi Zhang（Tsinghua University）のテーブルへ挨拶貴重な体験を寄稿させていただきます。に 出 向き 、同 席さ れて いた Prof. Benzhong Tang
（Kong University of Science and Technology、写真

本シンポジウムは、中国科学院（応用化学研究所ほか）が主催で 2004 年より隔年開催、米・欧・日・ア一番左）と Prof. Yongfang Li（中国科学院・化学研究ジアからの参加者を含む約 200 人規模の高分子化学分所、写真右から二番目）と一緒に撮影させていただき野の国際会議です。日本側では、早稲田大学・先進理ました。Prof. Tang は、京都大学・高分子研究室で学工学部・研究科の西出宏之教授が世話人を務められて位を取得された経緯があり、また Prof. Li も岡崎の分おり、西出先生からの推薦で招待講演を引き受けさせ子科学研究所（井口洋夫研：国内の分子エレクトロニて頂きました。

クス研究の先駆者）に客員研究員として滞在経験があ会議初日の午後からの参加となったが、その日の夕るなど、日本の化学・高分子分野の先生の話題で盛り方に開催されたポスター発表で、いきなり中国流を見上がりました。

せつけられました。左下の写真にあるようになんと屋

高分子を用いた自己組織化では、近年特に複数のセ外でのポスターセッションでした。天候に大きく左右グメントを持つブロック共重合体の化学の発展が目覚されると危惧してしまいますが、最近の中国の学会でましい。PC 2014 においても、それら高分子の相分離は良く採用される方法らしいです。企業スポンサーか

自己組織化挙動の理解と応用面に関して、数多くかつらのポスター賞（賞金付き）を目指したポスター講演

深みのあるディスカッションがなされており、本領域は白熱しており、研究内容も非常にレベルの高い物がの柔らかな分子系のサイエンスにも繋がる本質への追多く見られました。

究が大変刺激になりました。

私個人の招待講演は最終日の午後のプログラムだ

最後に、全体合宿会議の中座を快諾頂きました田原
代表、神取 A03 班班長には、深く感謝致します。

ったため、聴講者数を心配していたのですが、会場をほぼ埋めるぐらいの盛況でした。講演は、常温有機液体の新化学に纏わる内容で、八ヶ岳全体会議にて紹介

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No. 10平成 26 年 6 月

国際学会参加報告：97th Canadian Chemistry Conference, Vancouver
村橋 哲郎

誌に発表した CO と N2 のガス分離を可能にする MOF（分子研・A03 計画研究代表者）開発について示した。
「soft」,「collective」,「flexible」

2014 年６月１日～５日に開催された第 97 回カナダをキーワードに、機能化された MOF 材料の大いなる化学会（Chemical Institute of Canada）年会（開催可能性が示された。筆者は、セッション初日の３番目地：バンクーバー）に参加し、招待講演をおこなったに講演をおこない、これまでの研究経緯とともに、本ので報告する。今回のカナダ化学会年会では、日本―新学術領域で進めているπ―共役系不飽和炭化水素とカナダ間の錯体化学交流を目的に、北川宏教授（京大金属クラスターの分子界面の動的挙動を中心に発表し理）、藤田誠教授（東大工）、Prof. G. Shimizu (U.

た。講演の質疑応答も複数あり、さらに講演後に参加Calgary) の オ ー ガ ナ イ ズ に よ り Supramolecular者とディスカッションができたことは貴重であった。

Coordination Chemistry セッションが置かれ、日本かセッションでは、多孔性結晶材料、発光性錯体、スら１３件、カナダから１６件の講演があった。また、

ピン機能錯体やエネルギー変換触媒など、豊富なテー

カナダ化学会年会に先立ち、５月 31 日～６月１日の２ 日 間 の 日 程 で 、 Whistler

マについて最新の成果の発表が相次いだ。Steve LoebJapan-Canada教授（U. Windsor）によるロタキサン構造を持つ MOF

Supramolecular Symposium がバンクーバーの北に材料の開発、石谷治教授（東工大理工）による光触媒

位置するウィスラーで開催され、日本から４件、カナ開発、山下正廣教授（東北大理）のスピン材料研究、ダから２件の講演があった。日本とカナダ間の錯体化

田中健太郎教授（名大理）による超分子錯体組織化な学分野の相互交流は年々深まっており、今回が３回目

ど興味深い講演が連続し、北川宏教授（京大理）のナのジョイントシンポジウムの開催である。

ノ粒子合金と MOF 材料の機能化についての講演を最ウィスラーは、スキーヤーの聖地のひとつといわれ後に閉会した。会全体としては、日本のトップクラスており、バンクーバー冬季五輪（2010 年）の山岳競技の研究者が多く参加したこともあり、日本の錯体化学（スキー競技等）が開催された地である。６月はじめ分野の力強さを示すものとなった。ともなるとスキーシーズンは過ぎているが、それでも日本―カナダ間の交流はコンファレンスルームだけ

バカンスを目的に多くの観光客が訪れていた。冠雪しにとどまらず、ディナーやホテルに戻った後も深夜また美しい山々に囲まれた中で、シンポジウムは始まっで続き、互いの研究内容などについてディスカッショた。計６件の講演はどれも最新の成果を入れた力強いンをおこなった。オーガナイザーの３教授の素晴らし内容であった。塩谷光彦教授（東大理）によるいアレンジのもと、最新の超分子錯体化学を学び、新crystal-to-crystal 変換に基づく結晶空孔内での分子たな発想を得ることができた会議であった。

吸着挙動、G. Shimizu 教授による CO2 貯蔵能を持つMOF 材料などが特に興味深かった。会の合間にエクスカーションがおこなわれ、ゴンドラを使って冠雪している山頂近くまで行き、ウィスラーの美しい景色を堪能した。
続いて、バンクーバー市内に移動してカナダ化学会
年会に参加した。ここでも、日本、カナダ両国から出ウィスラーの美しい風景色の講演が続いた。セッション１日目には、藤田誠教
授（東大工）と北川進教授（京大工）が最初と最後の講演にスケジュールされ、今回のハイライトとなった。
藤 田 教 授 は 昨 年 に Nature 誌 に 発 表 し た Crystal
Sponge 法について最新の成果を示した。多くの注目を集めているこの新手法はまさにＸ線構造解析に革新
左：講演で質疑応答する筆者。右：Speakers Dinner での一コマ。

をもたらすものである。北川進教授は、MOF 研究の現状を総括するとともに、北川教授が本年に Science45