新学術領域研究「柔らかな分子系」ニュースレター

No. 44

平成 29 年 4 月

業績紹介：H+(H2O)4 は Eigen 型、Zundel 型、両方？
八木 清 （理研・A01 公募研究代表者）

比較しバンド位置が大幅に改善し，さらに 1700 - 2500
cm-1 の一連のバンドが再現された．
一方，Zundel 型は 2850 cm-1 付近に強いバンドがあ

論文題目："Infrared Spectra of Protonated Water Clusters,
H+(H2O)4,

り，実験より約 200 cm-1 高波数側にずれている．また，in Eigen and Zundel Forms Studied byVibrational Quasi-Degenerate Perturbation Theory"

3600 - 3800 cm-1 には 3 本のピークがある．これは，図著者：Kiyoshi Yagi and Bo Thomsen

1b の W1, W2 による対称伸縮（νs）と逆対称伸縮（νa）

雑誌巻号：J. Phys. Chem. A 121, 2386-2398 (2017).

に加え，WZ1, WZ2 の dangling OH（νz）があるためである．Eigen 型は W1, W2, W3 のνs とνa はあるが，νz はな

水中でプロトンはどのような形で存在するのか？こいため，2 本となる．従って，実験で得られている異の疑問に答えるため，プロトン化水クラスターに対す性体は Eigen 型で，Zundel 型ではないと結論できる．

る分光研究が行われてきた．プロトン化水クラスター

しかし，よく見ると，Eigen 型の VQDPT2 計算は，

4 量体[H+(H2O)4]は，長い間ヒドロニウムイオンが水和実験に見られる 1765 cm-1 のバンドと 1045 cm-1 付近のした Eigen 型（図 1a）と考えられてきた．これは，赤ブロードな形を再現していない（図 2 左パネル）．これ

外スペクトルの高波数領域（2650 - 3800 cm-1）が Eigen

は理論がまだ不十分であることを示唆している．実は，型に対する調和スペクトルとよく一致することが根拠

これらのバンドは Zundel 型の特徴である．Zundel 型のになっていた．しかし，最近，低波数領域までスペク

VQDPT2 計算はこの領域で実験とよく一致しており，トルが取れるようになり[1]，改めて全域を比較してみ文献[4]でも同様の結果が得られている．これをヒント

ると，1700 - 2500 cm-1 に観測されるバンドが調和計算にすると，Eigen 型の異性体に“Zundel らしさ”を取りには全くないことが分かった（図 2 a, b）．この差は非

入れれば良いようだが，それはどういう意味なのか？

調和性の影響[2]と考えられたが，実験スペクトルになどと考えていると，また新しい論文が発表されたEigen 型と Zundel 型（図 1b）が混ざっているという理[6]．観測されているのは Zundel 型であると結論されて論計算[3]も飛び出した．最近，2 重共鳴分光から，異いるようだが，どうなっているのか．

性体数は 1 つと確認され[4]，その説は否定されたが，スペクトルの解釈は依然として不十分であった．

図 1. プロトン化水クラスター4 量体の構造：(a)Eigen 型[H3O+(H2O)3]と(b)Zundel 型[H5O2+(H2O)2]．

そこで，我々が開発した 2 次の振動擬縮退摂動（VQDPT2）法を用いて，Eigen 型と Zundel 型の赤外スペクトルを計算した．方法の詳細は文献[5]に譲るが，

図 2. プロトン化水クラスター4 量体の赤外スペクトル．
(a) 実験，Eigen 型に対する(b)調和計算と(c)VQDPT2 計
算，(d) Zundel 型に対する VQDPT2 計算．

(1) 非 調 和 ポ テ ン シ ャ ル を 高 精 度 な 量 子 化 学 計 算

参考文献（B3LYP と CCSD(T)-F12 のハイブリッド）により生成[1] S. G. Olesen, T. L. Guasco, J. R. Roscioli, and M. A. Johnson,

し，(2)振動自由度を量子的に扱う振動 Schrödinger 方Chem. Phys. Lett. 509, 89 (2011).

程式を解いたことを強調したい．この精度で多自由度[2] A. B. McCoy et al., Phys. Chem. Chem. Phys. 14, 7205 (2012).

系（Eigen 型は 24 自由度，Zundel 型は 27 自由度）を[3] W. Kulig and N. Agmon, J. Phys. Chem. B 118, 278 (2014).

扱った計算は本研究が初めてである．

[4] J. A. Fournier et al., J. Phys. Chem. A 119, 9425 (2015).

Eigen 型に対する VQDPT2 計算で得られたスペクト[5]八木清, Molecular Science 10, A0085 (2016).

ル（図 2 c）は実験とよく一致した．調和スペクトルと[6] H. Wang and N. Agmon, J. Phys. Chem. A in press.

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No. 44

平成 29 年 4 月

業績紹介：光駆動硫酸イオン（SO42-）輸送体の発見と分光学的解析
仁保 亜紀子（岡山大・研究協力者：学部 5 年生）
水野 操（大阪大・A02 計画研究分担者）
田原 太平（理研・A02 計画研究代表者）
水谷 泰久（大阪大・A02 計画研究代表者）
須藤 雄気（岡山大・A02 計画研究分担者）

ころ、5.81 ± 1.40 mM と推定された（図右上）。この値
は、生育環境中の SO42-濃度（数百 mM）と比べて数桁程度低いものであるため、SyHR を介した SO42-輸送が生理的にもおこっているものと考えている。また、
SyHR への SO42-の結合は、レチナールのラマン振動モードに影響を及ぼすことから、SO42-結合部位はレチナ

論 文 題 目 ： "Demonstration of a light-driven

SO42-ール近傍に存在するものと考えられる。さらに、光反transporter and its spectroscopic characteristics"

応中の SO42-輸送メカニズムを詳しく調べるため、フェ著者：Akiko Niho, Susumu Yoshizawa, Takashi Tsukamoto,

ムト秒からミリ秒での時間分解過渡吸収変化解析を行Marie Kurihara, Shinya Tahara, Yu Nakajima, Misao

い、光反応中における SO42-輸送機構の推定に成功した

Mizuno, Hikaru Kuramochi, Tahei Tahara, Yasuhisa

（図右下）
。

Mizutani, & *Yuki Sudo

以上のように、本研究成果により、藍藻が光エネル

雑誌巻号：J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 4376 (2017).

ギーを使って、二価かつ大型のイオンである SO42-の細胞内濃度を制御していることが明らかとなった。今後

生き物の多くは光を利用して生命活動を営んでいは、SyHR を使って、細胞内外の SO42-濃度を光によりる。発色団としてビタミン A のアルデヒド型であるレ

人為的に制御することで、未だ未解明の生体におけるチナールを持つ膜タンパク質・ロドプシンは、動物かSO42-の役割の解明や新規光操作ツールの開発につなら微生物まで幅広い生物で光受容体として機能していげていきたい。
また、SyHR が示す可逆的かつ高い SO42-

る。ヒトでは、眼の網膜に存在し、視覚を担っている。

親和性は、環境中における SO42-濃度の測定技術の開発

一方、微生物では光を受容することで細胞の内と外のにもつながるものと期待される。

イオンをやり取りし、そこで作られたイオンの濃度差

最後に、本研究は本新学術領域に属する複数のグルは、生物のエネルギー通貨とも呼ばれるアデノシン三ープが、それぞれの得意分野を結集し行ったものであリン酸（ATP）の産生につながる。これら代表的なロり、この領域の存在なしにはなし得なかった成果であ

ドプシンの機能に加えて、私たちの研究室では、様々ることを付記しておきたい。

な環境中に生息する微生物から新しい機能や性質を示
すロドプシンを探索し、その分光学的特性を明らかにしてきた [1]。
このような背景のもと、本研究では、硫酸イオン（SO42-）濃度が高いと推定されるスイスの岩場に生息する藍藻・Synechocystis sp. PCC 7509 から、新しいロドプシンを見出し、Synechocystis halorhodopsin (SyHR)と命名した。SyHR を大腸菌に組換え体として発現させ、様々なイオン種環境での光依存的 pH 変化の測定を行ったところ、SyHR は硫酸イオン（SO42-）を細胞の外から内に取り込むイオン輸送体であることが明らかとなった。光で二価かつ大型のイオンである硫酸イオン（SO42-）を輸送するロドプシンは、「イオン輸送

図

SyHR への SO42-結合と光反応中における推定輸送機構型ロドプシンの基質＝一価の単原子イオン」というこれまでの常識を覆すものであり、SyHR に特異的な性

引用文献質であった（図左）。

[1] Kurihara M, & *Sudo Y., Biophys. Physicobiol., 12, 121(2015) [review].

次に、SO42- 依存的な可視吸収スペクトルの変化から、SyHR に対する SO42-の解離定数（Kd）を求めたと

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No. 44

平成 29 年 4 月

業績紹介：酸化チタン結晶の“柔らかさ”と光触媒活性との関係
山方啓 （豊田工大・A02 公募研究代表者）

ーゼとルチルの中間に位置し、電子の反応も適度に高く、さらに正孔の残存数も多いので比較的高い活性を論 文 題 目 ： "示すことが分かった（図 2）。

Trapping-Induced Enhancement of

Photocatalytic Activity on Brookite TiO2 Powders:

以上の結果より、TiO2 粉末のアナターゼとルチル、Comparison with Anatase and Rutile TiO2 Powders"

ブルッカイトの光触媒活性の違いは、主に電子トラッ

著者：Junie Jhon M. Vequizo, Hironori Matsunaga, Tatsuya

プ準位の違いで決まることが分かった。欠陥準位のエIshiku, Sunao Kamimura, Teruhisa Ohno, and Akira

ネルギーは、電子を捕捉した後に起こる結晶格子の歪Yamakata

みやすさに支配される[2]。つまり、光触媒の場合にも

雑誌巻号：ACS Catalysis 7, 2644-2651 (2017).

結晶格子の“柔らかさ”が光触媒活性を支配している
ことが分かった。
Energy / eV

TiO2 にはアナターゼとルチル、ブルッカイトがあり、

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

これらは光触媒として広く用いられている。一般にア(a) Anatase TiO2

ナターゼはルチルよりも高い還元活性を示し、逆にル

8 s
32 s
64 s
200 sチルはアナターゼより高い酸化活性を有することが知られている。一方、ブルッカイトはアナターゼとルチルの中間的な性質を持つことが知られていたが、その

自由電子

0

(b) Rutile TiO2

Absorbance

理由はまだよくわかっていなかった。そこで我々はアナターゼとルチル、ブルッカイトにおける電子と正孔の挙動を調べた。伝導帯に励起された自由電子はバン

8 s
32 s
64 s
200 s

トラップ正孔トラップ電子0

ド内遷移に帰属される吸収を中赤外域に与える。一方、(c) Brookite TiO2

深くトラップされた電子や正孔はそれぞれトラップ準

5 s
10 s
20 s
50 s
100 s500 s1000 sAbs = 1 x 10-3位から伝導帯、価電子帯からトラップ準位への電子遷移に帰属される吸収を可視から近赤外域に与える。しトラップ電子

たがって、可視から中赤外域の過渡吸収を測定すると0

自由電子やトラップ電子、正孔の動きとこれらのエネ

2 5 000

ルギー状態の違いを調べることができる[1]。

2 00001 50001 0000

5000

1000

W a ve n u m b e r / c m-1

これらの粉末のバンドギャップを励起して測定した

図 1 アナターゼとルチル、ブルッカイト粉末のバンドギャップを励起して測定した過渡吸収スペクトル。

過渡吸収を図 1 に示す。その結果、スペクトルの形状が全く異なることが分かった。アナターゼ粉末の場合、
3000 cm-1 以下に自由電子由来の強い吸収が観測されAnatasee-ている。しかし、ルチルやブルッカイトでは自由電子の吸収が弱く、代わりにトラップ電子や正孔に由来すhBrookite

Rutilee->>ms CB

e-

e-

~ ps

h

~ ps
moderate

deep

reactive

e-

h

e-

reactive

る吸収が強く現れた。電子トラップ準位の深さは、近h+

赤外域の吸収端より、それぞれ~0.9 eV（7000 cm-1）とh+reactiveslow

h+reactiveslow~0.4 eV（3500 cm-1）と見積もることができた。
つまり、アナターゼは反応活性が高い自由電子の残図 2 アナターゼ、ルチル、ブルッカイト型酸化チタンの欠
陥準位の違いが光触媒活性に与える影響。

存数が多いので高い還元活性を示すことが分かった。
しかし、その一方で電子が深くトラップされると、再[1] A. Yamakata, M. Kawaguchi, N. Nishimura, T.

結合が抑制され、正孔の寿命が延びることが分かった。

Minegishi, J. Kubota and K. Domen, J. Phys. Chem. C, 118,

そのため、ルチルは正孔の残存数が増加し、アナター

23897 (2014).

ゼより高い酸化活性を示すことが分かった。一方、ブ[2] A. Yamakata, J. J. M. Vequizo and H. Matsunaga, J.

ルッカイトの場合、電子トラップ準位の深さはアナタ

Phys. Chem. C, 119, 24538 (2015).

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No. 44

平成 29 年 4 月

業績紹介：非古典的２中心３電子結合（半結合）の分光観測
藤井朱鳥 （東北大・A02 班友）注目すべきはイオンコアの自由 SH 伸縮振動バンドで、
n = 6 で消滅している。これはイオンコアが半結合した論 文 題 目 ： "Spectroscopic Observation of Two-Center

２分子(H2SSH2)+で形成され、その４本の自由 SH がThree-Electron Bonded (hemi-Bonded) Structures of the

すべて水素結合で溶媒和されるのが n = 6 サイズであ+(H2S)n Clusters in the Gas Phase"

ることを示している。またこの結果は同時に、半結合

著者：Dandan Wang and Asuka Fujii

したイオンコアが少なくとも第１溶媒和殻の形成に対

雑誌巻号：Chem. Sci. 8, 2667-2670 (2017).

して安定であることを意味している。
本研究は半結合を希ガス二量体ラジカルカチオン以

非共有電子対を持つ２分子が接近し、この電子対同外の気相クラスターで実験的に同定した初めての例と士が空間的に重なって分子軌道を形成すると、これになり、報文が Royal Society of Chemistry の旗艦誌であより形成される分子軌道はひとつが結合性、他方は反る Chemical Science に掲載されると共に、同協会発行

結合性となる。片方の分子がイオン化により非共有電のニュース誌である Chemistry World 誌にも紹介記事

子対の１電子を失っている（ラジカルカチオンである）[2]が掲載された。尚、本論文は当初 J. Am. Chem. Soc.

と、結合性軌道には２電子、反結合性軌道には１電子に投稿されたが、査読不要との判断で即日却下されてが配置されるため、これらの分子軌道による結合次数いる。両誌の編集方針の違いを如実に示す例として、

は(2-1)/2=0.5 となり、正味の結合が生じることになる。

興味深い。

この結合は２中心３電子(2c-3e)結合あるいは半結合(hemi bond)と呼ばれ、古典的なルイス式では()と表されることになるが、その機構理解のためには量子力学的な概念が必要とされる非古典的化学結合である。
半結合は 1930 年代初頭の Linus Pauling による提唱を初めとするが、分子間結合としての観測例は極めて少ない。例えば、水における半結合型構造 （(H2OOH2)+）の存在は量子化学計算により予言されているが、これまで実験で確認されたことは無い。しかしラジカルカ
チオン生成の初期過程におけるその役割などが放射化学や関連分野において非常な興味を持たれてきた。
硫化水素 H2S は水 H2O と類似した最外殻電子配置となる。これは硫化水素の性質が水のそれに近いことを予想させるが、水素結合強度をはじめとして、硫化水
素と水は似て非なる部分が多い。最近、高精度量子化
学計算により、(H2S)2+においては半結合型構造が対応する水のそれに比して極めて安定であることが予言された[1]。そこで、(H2S)n+ラジカルクラスターカチオンに赤外分光を適用し、SH 伸縮振動領域のスペクトル図からその構造の同定を行った。図に示すのは n = 3 - 6(H2S)n+の SH 伸縮振動領域赤外スペクトルのサイズ領域におけるスペクトルである。赤枠で囲まれたバンドは、電荷をもつイオンコアの自由 SH 伸縮

引用文献

振動、青・緑枠内のバンドは、水素結合受容体として[1] H. Do and N. A. Besley, Phys. Chem. Chem. Phys. 15,

コアを溶媒和している中性の H2S の自由 SH 伸縮振動

16214-16219 (2013).

である。低波数に見られる強いバンドの立ち上がりは[2] S. Howson, https://www.chemistryworld.com/news/

水素結合したイオンコアの SH 伸縮振動に帰属される。

first-observation-of-unusual-hemi-bond/2500314.article358

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平成 29 年 4 月

業績紹介：光退色しない視物質ロドプシンのシグナル伝達機構の解明
片山 耕大 （名工大・A03 計画研究連携研究者）

は、11 シス―全トランスの異性化がブロックされてい論文題目："Photocyclic behavior of rhodopsin induced by
an atypical isomerization mechanism"
著者：Sahil Gulati, Beata Jastrzebska, Surajit Banerjee,Ángel L. Placeres, Przemyslaw Miszta, Songqi Gao, Karl
Gunderson, Gregory P. Tochtrop, Sławomir Filipek, Kota
Katayama*, Philip D. Kiser, Muneto Mogi, Phoebe L.
Stewart, and Krzysztof Palczewski*

るにも関わらず G タンパク質を活性化できることが知られていた[2]。今回、Rh6mr がどのようなメカニズムで G タンパク質を活性化しているのか、その分子機構を明らかにするため、蛍光分光による G タンパク質の活性化測定、可視吸収スペクトル測定、HPLC による
レチナール組成解析、X 線結晶構造解析、さらに分子力学計算を組み合わせた構造機能相関解析を行った。
その結果、Rh6mr は光吸収に伴いレチナールアナロ

雑誌巻号：Proc Natl Acad Sci USA 114, E2608 (2017).

グの 13 位の部位で異性化を起こし (11, 13 ジシス型)、

私は名工大において色覚視物質の研究により学位取

短波長シフトした活性中間体を生成することがわかっ得後、2014 年から 3 年間、日本学術振興会海外特別研た。さらにこの活性中間体は光退色せず、数時間とい究員 として米国 ケースウエスタ ンリザーブ 大学・

う非常に遅い時間スケールで熱的に 11 シス型に戻る

Palczewski 研究室で色覚視物質の結晶化に取り組み、こと、また繰り返し G タンパク質を活性化できること

本年 1 月から神取研の助教として本領域に参加させてを見出した (図 1)。さらに、4.01 Å の分解能で暗状態いただくことになりました。結晶化はまだ道半ばです

での Rh6mr の構造決定にも成功した (図 2)。レチナー

が、ここでは米国で行った光退色しないロドプシンのルアナログは有機溶媒中では 4 種類の異性化構造をとユニークな光シグナル伝達に関する研究成果についてることがわかっていたが、得られた Rh6mr の構造から、報告します。

レチナールアナログは 11 シス型で結合していること

我々の眼の網膜に存在する光受容タンパク質、ロドがわかった。また、分子力学計算によるドッキングシ

プシンは、光を吸収すると発色団分子レチナールが、ミュレーションの結果からも、11 シス型の構造がエネ

11 シス型から全トランス型への異性化反応を起こし、ルギー的に最安定構造をとることが示唆された。

この小さな化学反応をレチナールを取り囲むタンパク

これらの結果は、ロドプシンが作り出すレチナール

質場が受け取ることで活性化状態となる[1]。光シグナ

結合ポケットが 11 シス型に特化した堅い構造を有しルは、この活性型ロドプシンにより細胞内での G タンている一方、本来とは異なるレチナールの異性化反応

パク質を介して下流のエフェクター分子へと伝達されでも G タンパク質を活性化できるタンパク質環境の柔ていく過程で電気シグナルへ変換される。またレチナ

らかさを兼ね揃えていることを強く支持している。今ール自身は異性化後、タンパク質内部から解離するが後は Rh6mr の構造をもとに新規レチナールアナログ(光退色)、視覚機能の維持のため、ロドプシンは絶えの設計を行い、網膜疾患の治療薬開発にも貢献していず供給される 11 シスレチナールを再結合させる必要きたい。

がある。一方これまでに、人工合成レチナールを結合させた光退色しないロドプシンアナログの分子特性に[1] Ernst, O. P., et al. Chem. Rev. 114, 126 (2014).

関する研究成果が報告されており、中でも 6 員環で固[2] Kuksa, V., et al. J. Biol. Chem. 277, 42315 (2002).

定されたレチナールが結合したロドプシン (Rh6mr)

図 1. (a) 光照射前後の Rh6mr の時間依存可視吸収スペ
クトル (b) Rh6mr の長期且つ繰返し G タンパク質活性図 2. (a) Rh6mr の X 線結晶構造 (b) Rh6mr 結晶中におけるレチナール組成解析359

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Yamashita, Kunio Hirata, Kohei Atsumi, Takuya Shimoi,
Masaki Akai, Hajime Mori, Susumu Kitagawa and
Takafumi UenoĈîoēACS Nano 2017, 11, 2410-2419.
#Ô¡¥$>@Fd#ôàdĉ,èl{#eÀ! ¯!À nÜ!w[¥
µÆ10 ! .ÓÛc!
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v 2. a¹¸ĎĄå"-0ÓÛcpā¿xđaĒ}Ã[(b)Ô¡&#â_ÞÒ#rÈÀ¼[1] S. Abe, H. Ijiri, H. Negishi, H. Yamanaka, K. Sasaki, K.
Hirata, H. Mori and7951-7956.

T. Ueno, Adv. Mater. 2015, 27,

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平成 29 年 4 月

業績紹介：コバルトコリノイド錯体における酸化還元電位と反応性の相関	 なった。正に酸化還元電位がシフトするほど、BDE は
大洞 光司	
  （阪大・A03 公募研究代表者）
林 高史	
 （阪大・A03 公募研究連携研究者）	
  	  	
 小さくなり、反応性の高い化学種になることが示された。また、コリノイド配位子の違いについても電気陰論文題目："Redox Potentials of Cobalt Corrinoids with性度に着目して評価すると、テトラデヒドロコリンは

Axial Ligands Correlate with Heterolytic Co–C Bond

コリンやジデヒドロコリンに比べて、大きな値をとり、Dissociation Energies"

特に高い反応性を有する C–H 結合形成に有利である

著者：Yoshitsugu Morita, Koji Oohora, Akiyoshi Sawada,

ことが示され、これまで報告している実験結果をサポ

Takashi Kamachi, Kazunari Yoshizawa, and Takashi

ートする知見が得られた。また天然の酵素においてもHayashi

巧みに酸化還元電位を制御することで、効率的に触媒

雑誌巻号：Inorg. Chem. 56, 1950-1955 (2017).

サイクルを回していることが本研究により支持された。
上記のように、比較的計算化学によって見積もりやビタミン B12 依存型メチオニン合成酵素は、コバル

すい酸化還元電位から反応性が予想できるようになっ

トコリン錯体であるメチルコバラミンを補因子とし、たので、今後はこれらを生かした分子設計を行い、柔ホモシステインとメチル葉酸からメチオニンを触媒的らかな反応場であるタンパク質を巧みに利用し、高活に生成する重要な酵素である。 しかしながら、その巨性な人工金属酵素の構築をめざす。

大かつ複雑な構造から、その触媒機構における詳細な作用機序は明らかになっていない。そこで、我々の研究室では、この酵素の機能モデルとして人工金属タン
パク質の開発を行ってきた。これまでにビタミン B12のモデル錯体であるコバルトテトラデヒドロコリンを調製し、ミオグロビンのヘムと置換することで、コバ
ルト 1 価種の 4 配位構造の観測 [1]、メチル錯体の形
成と分子内メチル基転移反応 [2]および 3 価種の構造学的評価 [3]を行ってきた。
本論文では、従来のテトラデヒドロコリンコバルト

図	  コバルトコリン（Co(corrin)）、コバルトジデヒドロコ

錯体を含む再構成ミオグロビンに加えて、さらにビタリ ン （ Co(DDHC) ）、 コ バ ル ト テ ト ラ デ ヒ ド ロ コ リ ン（Co(TDHC)）における水およびイミダゾールを軸配位子

ミン B12 の構造に近いジデヒドロコリンコバルト錯体とする場合の実験的酸化還元電位と計算により算出したを新規に合成し、ビタミン B12 と比較した。特に天然

Co–C 結合の不均一開裂に対する結合解離エネルギーの相酵素に置いて重要な役割を担うイミダゾール系の軸配

関．コリノイド骨格の違いについては色で、軸配位子の違

位子の有無に着目して、実験的に算出した酸化還元電いについてはプロットの形状で示している。

位と量子化学計算により見積もったメチル錯体における C–H 結合の結合解離エネルギー(BDE)の相関を調査引用文献した。 この BDE は二種類存在し、均一に C–H 結合が[1] T. Hayashi, Y. Morita, E. Mizohata, K. Oohora, J.

開裂する homolytic BDE と不均一に開裂する heterolytic

Ohbayashi, T. Inoue and Y. Hisaeda Chem. Commun. 50,

BDE がある。今回注目したメチオニン合成酵素では後12560–12563 (2014).

者が重要になると考えられている。実際にそれらの相[2] Y. Morita, K. Oohora, A. Sawada, K. Doitomi, J.

関を評価したところ、homolytic BDE では酸化還元電

Ohbayashi, T. Kamachi, K. Yoshizawa, Y. Hisaeda and T.

位と良い相関は見られず、むしろイミダゾールやヒス

Hayashi, Dalton Trans. 45, 3277–3284 (2016).

チジンのような比較的強い配位子が存在すると値が小[3] Y. Morita, K. Oohora, E. Mizohata, A. Sawada, T.

さくなり、反応性が向上することが示唆された。一方

Kamachi, K. Yoshizawa, T. Inoue and T. Hayashi, Inorg.

で、heterolytic BDE は、強い軸配位子の有無にかかわ

Chem. 55, 1287–1295 (2016).

らず、酸化還元電位に大きく依存することが明らかに

361

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No. 44

平成 29 年 4 月

業績紹介：アゾ還元酵素と蛍光基質を用いた遺伝子発現の可視化
花岡 健二郎 （東大院薬・A03 公募研究代表者）
田原 太平 （理研・A02 計画研究代表者）
竹内 佐年 （理研・A02 計画研究分担者）

し、蛍光強度が大きく増大することを見出した(図 1)。
さらに、フェムト秒時間分解吸収スペクトルの測定によって励起状態について解析を行った結果、基底状態への 5 ピコ秒以下の速い緩和過程を示し、その励起状

論 文 題 目 ： "Development of an Azoreductase-based態の寿命は trans-アゾベンゼンに類似することから、Reporter System with Synthetic Fluorogenic Substrates"

アゾローダミン類は trans-アゾベンゼンと同様な素早著者：Narae Shin, Kenjiro Hanaoka, Wen Piao, Takuya

い光異性化によって基底状態へと緩和していると考え

Miyakawa, Tomotsumi Fujisawa, Satoshi Takeuchi, Shodaiられた(図 2)。さらに、AzoR を発現させた生細胞に

Takahashi, Toru Komatsu, Tasuku Ueno, Takuya Terai,

適用したところ、一細胞レベルで AzoR の発現を蛍光

Tahei Tahara, Masaru Tanokura, Tetsuo Nagano andによって識別することに成功した(図 3)。

Yasuteru Urano
雑誌巻号：ACS Chem. Biol. 12, 558-563 (2017).
蛍光イメージングは、生体内の生命現象をリアルタ
イムかつ高い時空間分解能で可視化できるため、生命科学研究において無くてはならない技術となっている。

図 1 見出した AzoR によって還元的開裂を受けて強い蛍光

その中でも有機小分子を基礎とした蛍光プローブは、を発するアゾローダミン化合物。

有機小分子の構造的および光化学的な性質を精密に分子設計することで、標的とする生体分子に対して特異的に応答して蛍光特性の変化を示すことができる。本
研究においては、レポーター酵素の酵素活性によって無蛍光性から強蛍光性へと特異的に変化する新たな蛍光プローブの開発およびそれを用いた新たなレポータ
ー酵素システムの構築を行った。
レポーター酵素とは、特定遺伝子の発現を判別するために遺伝子レベルで導入される外来の酵素のことである。すなわち、レポーター遺伝子を細胞に導入し、発現するレポーター酵素の活性を特異的基質を用いて

図 2 推測されるアゾローダミン化合物の励起状態の失活過解析することで、プロモーター活性や特定遺伝子の発程(DMSO 中)。

現等を評価できる。本研究では、新規レポーター酵素とその基質として、大腸菌由来のアゾ還元酵素(AzoR)とアゾローダミン類に着目した。我々はこれまでに、
ローダミン系蛍光色素のキサンテン環にアゾ基を導入した化合物であるアゾローダミン類は、何れも無蛍光性であることを見出してきた [1]。また、一般に芳香族アゾ化合物は、生体内還元酵素によって還元的開裂

図 3 アゾローダミンを用いた AzoR と CFP の融合蛋白質がを受けることから、AzoR によって選択的に還元的開発現した細胞での蛍光イメージング。

裂が進行し、強蛍光性生成物を与えるアゾローダミン

引用文献の探索を行った。具体的には、様々な置換基を導入し[1] W. Piao, S. Tsuda, Y. Tanaka, S. Maeda, F. Liu, S.

たアゾローダミン類のライブラリーを構築し、in vitro

Takahashi, Y. Kushida, T. Komatsu, T. Ueno, T. Terai, T.

および生細胞アッセイを行った結果、電子供与基が導Nakazawa, M. Uchiyama, K. Morokuma, T. Nagano, and K.

入されたアゾローダミン類は AzoR と高い反応性を示

Hanaoka, Angew. Chem. Int. Ed. 52, 13028-13032 (2013).

362

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No. 44

平成 29 年 4 月

畑中美穂さん（A01 班）が第 11 回 PCCP Prize を受賞しました
林 重彦（京大院理・A01 計画研究代表者）
柔らかな分子系 A01 公募班の研究代表者である畑中美穂博士（受賞時：近畿大学理工学部理学科助教・現在：奈良先端科学技術大学院大学研究推進機構特任准教授）が、英国王立化学協会（RCS: Royal Society of Chemistry）の発行する学術雑誌 PCCP（Physical Chemistry Chemical Physics）の第 11 回 PCCP Prize を受賞しました。受賞の題
目 は 、 ”Theoretical Study on the Lanthanide
Chemistry: Structural Fluctuation, Catalytic Ability,and Luminescence” です。平成 29 年 3 月 18 日に、
日本化学会第 97 春季年会にて授賞式が行われました。本年度は畑中氏及び A02 公募班の水瀬賢
太氏を含む 3 名の研究者が受賞しました。
受賞対象となった研究業績は、ランタノイド（Ln）を含む化合物を用いる触媒反応と発光材料に関する理論的研究です。Ln を含む化合物の量子化学計算は非常に難しいため、多くの現象の分子機構が明らかになっていませんでした。畑中氏は、新規な計算手法を開発・適用することにより、分子機構の解明だけでなく、新しい分子設計
指針の構築にも成功しています。以下に研究内容を簡単に紹介します。
Ln を用いる触媒反応の立体選択性発現機構
近年、グリーンケミストリーの観点から、水溶媒中での触媒反応が注目を集めています。水溶媒中で触媒能が失活しない触媒の一つに Ln 錯体がありますが、Ln 錯体を触媒とする反応、特に不斉触媒を用いる立体選択的反応の理論的解析は非常に困難でした。その原因は、Ln 錯体の構造の「柔らかさ」にあります。Ln 錯体は構造が非常に柔軟なため、配位構造が少しずつ異なる遷移状態が多数存在し、従来の量子化学計算で行われているような遷移状態の「決め打ち」による解析が困難でした。この問題を解決するために、自動反 応 経 路 探 索 技 術 （ Global Reaction Route
Mapping: GRRM）の一つである人工力誘起反応法
を効果的に利用し、立体選択性を決める段階の遷移状態を網羅的に探索しました。これによって、柔軟な構造を持つ不斉触媒の設計指針が、従来の剛直な構造を持つ不斉触媒の場合とは全く異なることを初めて明らかにしました。
Ln の発光を用いる温度センサー
Ln 発光材料の中でも、環境変化や分子認識に依存して発光強度が変化する「発光センサー」は、
生体内プローブや温度センサーなど様々な分野で応用されています。しかし、発光強度の鍵となる Ln 化合物の励起状態の計算が困難であるため、理論化学による発光機構の解明はほとんど行
われていませんでした。そこで、発光材料の量子化学計算を可能にするために、Ln の 4f 電子が
外部環境の影響を受けにくい性質を利用し、励起状態のポテンシャルエネルギー曲面（PES）を基底状態の PES と励起エネルギーの実験値で近似的に表現する方法である「エネルギーシフト法」
を提案しました。これを用いることで、温度によって発光強度や発光色が変化する温度センサーの分子機構を初めて明らかにし、さらに、望む温度応答性を持つ温度センサーの分子設計指針を構築することに成功しました。
今回の受賞は Ln 化合物の化学に限ったもの
ですが、上記の方法、特に人工力誘起反応法を用いた遷移状態の探索は、柔らかな触媒系に広く応用できる方法です。今後、柔らかな分子系の新しい化学を切り開く汎用的な方法として発展していくことが期待されます。

授賞式の様子、左から 3 人目が A02 班水瀬氏、4人目が畑中氏363

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No. 44

平成 29 年 4 月

水瀬賢太さん（A02 班）が第 11 回 PCCP Prize を受賞しました大島 康裕（東工大理・A02 公募研究連携研究者）

ですが、分子研時代からの水瀬さんの努力が結実した成果といえます。本研究グループでは、気相中の比較

本領域 A02 公募研究代表者である水瀬賢太博士（東的シンプルな分子系を対象として、振動や回転などの

京工業大学理学院化学系）が、第 11 回 PCCP Prize を運動状態を極短パルス光を用いて能動的に制御するこ

受賞されました。Royal Society of Chemistry（RSC; 英とに取り組んできています。
「制御」の結果を実験的に

国 王 立 化 学 会 ） が 発 行 す る 学 術 誌 で あ る PCCP

検証することは本質的に重要ですが、初期の段階では(Physical Chemistry Chemical Physics)の名を冠した本

分光学的なプローブを用いて研究を進めてきました。

賞は、物理化学、光化学、理論化学、無機化学、錯体

より直感的に、つまり、まざまざと「目で見えるよう

化学・有機金属化学、高分子化学、触媒化学、分析化に」分子が運動するさまを観測したいと考えていまし学、電気化学、コロイド・界面化学、ナノテク・材料、たが、水瀬さんにはこの課題に挑戦してもらうことになど PCCP がカバーする領域で傑出した研究成果があしました。その際、分子運動に関する実空間情報を得り、将来の活躍が期待される若手研究者に授与されるる上で有力な手段として確立しつつあったイオン・イ

ものです。RSC の協力依頼に応じて、毎年、日本化学

メージング法を新規に導入することにしました。水瀬会が受賞候補者（３名以内）の推薦を行い、RSC と合さんは、東北大院生時代に分子クラスターの分光学的同で表彰式を行っています。本年も、慶應大学日吉キ研究で華々しい成果を挙げていましたが、イオン・イ

ャンパスにて開催された化学会の第 97 春季年会会期

メージングに関しては研究室としてもほぼゼロからの中に授賞式が挙行され、RSC の代表より表彰状ならびスタートでしたので、始めのうちは試行錯誤が続きまに副賞(Faraday Discussions の特集号１冊)が授与されした。しかし、持ち前の高い装置開発力をフルに発揮ました。長年にわたり協力して研究を進めているもの

して、斬新な検出スキームを考案し、さらに実装するとして、心よりお祝いを申し上げたい。

ことを成し遂げました。世界で唯一の装置を用いた成水瀬さんは、2011 年に東北大学理学研究科にて博士

果の一部については、既に本ニュースレター23 号にて号を取得して直ちに、当時、私が在籍していた分子科

ご紹介しておりますので、そちらをご参照下さい。

学研究所にて助教として研究グループに参加されまし水瀬さんオリジナルのイオン・イメージング法は、た。以来、もはや実験からは縁遠いポンコツになりは

分光学的アプローチが極めて困難な分子系に対して、てた私に代わって、実際の研究を強力に推進する「エその構造とダイナミックスを明らかにする上で有効なンジン」として、日々、奮闘してもらっています。今手段となることが明らかになりつつあります。本学術回の受賞対象となった研究は、“Direct imaging study of

領域における中心課題である「分子の柔軟性と機能」

gas-phase ultrafast molecular dynamics using a newly

に関して、新規な観点から貢献できるものと大いに期

developed space-slice ion imaging technique”というもの

待しています。

山本尚会長（左から５人目）、岩澤康裕審査委員長（１人目）、同時受賞の畑中美穂さん（４人目、A01
公募研究代表者）他の皆さんとともに化学会春季年会の国際シンポジウムレセプション
における授賞式での一コマ

364

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No. 44

平成 29 年 4 月

AMED と NYAS 合同企画ワークショップ "Interstellar Initiative”でOutstanding Team Presentation 賞を受賞しました林久美子 （東北大工・A01 公募研究代表者）

Aikichi Iwamoto, MD, Japan
Agency for Medical Research andDevelopment
Hisataka Kobayashi, MD, PhD,
National Cancer Institute,
National Institutes of Health
Mahendra S. Rao, PhD, MBBS,
New York Stem Cell Foundation
Masao Saito, PhD, Japan Agency
for Medical Research andDevelopment

注：以下、confidential form を提出しているため、研究内容に関することは言及いたしません。ご容赦く
ださい。
日本医療研究開発機構（AMED）とニューヨーク科
学 ア カ デ ミ ー （ NYAS ） が 合 同 で ワ ー ク シ ョ ッ プ"Interstellar Initiative"を開催しました（16/3/17-19）。ワ
ークショップは NYAS のあるマンハッタンのビルで開催されました。年末に公募があり、私たちの研究が採択され参加できることになりました。

5:45 PMAMED discussion on Early Career
Investigator Funding

6:15 PM

Closing Remarks

6:30 PMDay 2 Ends

ワークショップでは、「がん」「神経科学」「再生医療」の３分野から若手研究者が 50 人程度集まりました。このワークショップの中身は、若手研究者が国際共同研
究を行うための練習会です。各分野ごとに若手研究者
は２人から３人のチームに振り分けられ（メンターの講演主体のワークショップと異なり、ほとんど全て

先生方が申請書を元に決めます）、即興で共同研究企画が交流のための時間であることが特徴です（みんなほを立てることを要求されます。国際的に著名なメンタ

とんど初対面！）。AMED や NYAS の役員やスタッフ

ーの先生からのアドバイスを受け、３日間企画を brushの方も混じって交流を行いました。こういう交流目的

up させます。研究目的や仮説の立て方、グラント申請のワークショップは初めてで新鮮な企画でした。

書の書き方など実践的な指導を受けました。以下、最終日にはチームごとにショートプレゼンテーシ

NYAS の web に公開されている agenda の１部です。

ョンを行いました。このプレゼンテーションをメンタ

9:00AM

Breakfastーの先生方が採点し、優勝者を決めます。私たちのグ

9:30AM

Breakout Groups「神経科学者」の中で、「物理学者」の私は極めて浮い

10:30AM

Morning Networking Breakており、おかげで目立つことができました......。

11:00AM

Breakout Groups

12:30PM

Networking Luncheon

2:00 PM

Breakout Groups

3:45 PM

Afternoon Networking Break

4:15 PM

Breakout Groups

5:00 PM

Panel Discussion

ループは神経科学分野で優勝することができました。

Moderator: Melanie Brickman Borchard,
PhD, MSc, The New York
Academy of Sciences
Panelists: György Buzsáki, MD, PhD, NewYork University

優勝記念の楯をいただきました。

365

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No. 44

平成 29 年 4 月

A03 班・神取グループの研究成果が J. Biol. Chem.誌のHighlights of 2016 に選ばれる
J. Biol. Chem.誌は生化学・生命科学分野を代表する

だしこの論文は Nature 誌のレターに送ったものであり、雑誌であり、2016 年には合わせて 2377 報の論文が掲

最終的に J. Biol. Chem.誌に論文発表したという結果に載されました。毎年、23 分野からハイライトとなる論

ついて、私自身は大きな敗北感を感じていました。生

文を各 1 報、選出していますが、Bioenergetics 分野で命科学者と違って、生物物理学者・分子科学者であるは A03 班・計画研究 神取グループ（神取班員、井上

私は J. Biol. Chem.誌に論文を出したいと思ったことは連携研究者）が行った「光駆動イオンポンプの機能転ありませんので。その点、唯一の日本人論文として 23換」に関する論文がハイライト論文に選ばれました。

報のハイライト論文に選ばれたことは、少しは溜飲を神取グループでは、光応答性タンパク質である（１）下げる思いはあります。120 種類もの変異体を作製しロドプシン、（２）フラビンタンパク質を対象として、て妥協のない仕事をしてくれた准教授の井上君、院生共通の構造構築から多彩な機能が生じるメカニズムをの野村さんの努力にも少しは報いられたのかな、と感実験的に明らかにすることを目指しています。構造とじています。何より嬉しかったのは、3 月の化学会年機能を結ぶタンパク質の「柔らかさ」の起源を解明す

会シンポジウムでこの内容を発表したとき、基調講演

るための手法として有力なのは、機能の異なるタンパ

者として出席しておられた Graham Fleming 先生からク質の間での機能転換の試みです。プロトン・クロラ「驚いた。とても美しい仕事」と高く評価していただ

イドをポンプするロドプシンにナトリウムポンプを加いたことです。超一流の研究者は目利きも鋭いことをえた 6 通りの機能転換は、神取グループが本領域の目

実感することができました。

標として設定した最重要課題であり、対になる機能転進化も含めこの論文のストーリーは綺麗なものです

換のいずれもが非対称になり、それが進化と関連するが、機能転換における柔らかさの違いを分子科学的にという興味深い結果（ニュースレター p. 244）が今回解明したわけではありません。分光学的解析をさらにのハイライト論文選出に繋がりました。

深めることで、機能と柔らかさとの関係を解き明かし

神取班員のコメント『たいへん名誉なことです。たてゆきたいと思っています。
』

366

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No. 44

平成 29 年 4 月

国際ワークショップ ｢超高速分光の現状と将来｣ 開催報告
田原 太平

femtosecond time-domain Raman spectroscopy（理研・A02 計画研究代表者）

講演者はいずれも超高速分光分野の異なる領域で国
超高速分光分野の泰斗であるカリフォルニア大学バ

際的に活躍する方々だけあって、大変レベルの高い最ークレー校の Graham R. Fleming 教授が日本化学会

先端の研究についての講演で、それについて活発な討の名誉会員に選ばれ、分子科学奨励森野基金の招きで論が行われた。特に２日目の朝、森野基金の山田耕一

３月に来日された。超高速分光はわれわれの新学術領運営委員長による森野基金の説明に続いて行われた森域研究、特に A02 計測班にとって重要な研究手法なの

野レクチャーでは、最新の二次元振動-電子分光の話題

で、Fleming 教授の来日に合わせて領域内外で精力的を中心に、長きにわたって超高速分光分野を牽引してに研究を進めている方達を招いて 2017 年 3 月 14 日－

いる Fleming 教授の基本分子から材料までをカバー

15 日の 2 日間に理化学研究所和光キャンパスの大河

する幅広い研究について迫力のある講演が聴けた。

内ホールで国際ワークショップ Present and Future

この国際ワークショップには学部学生から名誉教授

of Ultrafast Spectroscopy (超高速分光の現状と将来)の方々まで、
全部で 56 人の広い年代の参加者があり、を開催した。

講演会場のみならず１日目の晩に行われた研究交流会

２日間のワークショップでは、全部で８名の方々にでも活発な討論が行われていた。特に本領域の評価委

講演していただいた。講演者と講演タイトルは以下の員である大峯巖先生（前分子研所長）のほか、岩田末通り（敬称略）：廣先生（分子研名誉教授）、小林孝嘉先生（電通大教授）○3 月 14 日（１日目）などにも参加していただくことができ、それぞれセッ

緑川克美（理研）：Capturing attosecond quantum
dynamics

inmolecules

by

XUV-pump

ションの座長を引き受けていただいた。岩田先生と小and

林先生はかつて理研の研究員であり、その頃の和光キ

XUV-probe scheme

ャンパスの話なども伺うことができたのは個人的に幸田中耕 一郎（京大）： High-harmonic generation

いであった。なおこの研究会は理研との共催で行い、from monolayer crystals

理研からもサポートをいただいた。この場を借りて感藤井正明（東工大；領域メンバー）：Watching water
migrationaroundaromatic

molecules

at

謝する。

the

single-molecular level by picosecond time-resolved
IR-UV double resonance spectroscopy
岩田耕一（学習院大；領域メンバー）：How we
examine lipid bilayer membranes as field ofchemical reaction with time-resolved spectroscopy
腰 原 伸 也 （ 東 工 大 ）： Ultrafast photo-control ofmolecular crystals utilizing hidden state/phase:
Role of ultrafast molecular movie for developing
charge-spin-lattice correlated systems

ワークショップでの討論の様子○3 月 15 日（２日目）
G. R. Fleming（UC Berkeley）森野レクチャー：
One and two-dimensional ultrafast spectroscopic
studies of material and biological systems
水谷泰久（阪大；領域メンバー）：Direct observationofvibrationalenergyflow

inproteinsbytime-resolved resonance Raman spectroscopy
田 原 太 平 （ 理 研 ； 領 域 メ ン バ ー ）： Tracking

Fleming 教授を囲んで

structural dynamics of complex molecules by367

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No. 44

平成 29 年 4 月

日本化学会春季年会中長期テーマシンポジウム
藤井 正明（東工大資源研・総括班、事務局）

開催報告理）倉重佑輝（東工大院理工）村橋 哲郎
・ 特 別 講 演 "Photosynthetic Light Harvesting:From Molecules to Membranes."

平成２９年３月１６日（木）日本化学会春季年会初(カルフォルニア

日に同会中長期テーマシンポジウム「複雑系のための大バークレー校、日本化学会名誉外国人会員）Graham

分子科学－理論、計測、合成の連携で拓く柔らかな分

Fleming子の新機能」を開催したので報告する。このシンポジ

Fleming 先生がシンポジウムを全て聞いてくださる

ウムは日本化学会が選定した化学の重要テーマに対しことになり、全ての講演は英語で行われた。内容は本て継続的にシンポジウムを開催して化学者と化学周辺領域のメンバーであればおわかりの通り異なる領域を領域に対し未来の化学に向けた最新の研究内容を発表、結びつけた最前線の共同研究ばかりであり、刺激的な討論する活動であり、今回で５回目の開催となった。

内容であり大いに盛り上がった。最後に Fleming 先生

中長期テーマである「複雑系の分子科学」は本新学術に感想をお話し頂いたが、その内容がとても印象的で領域とも密接に関係しており、本領域の主要研究者にあり、ここに報告したい。

共同研究で開拓した研究を発表してもらう良い機会となった。今回のシンポジウムでは分子理論研究者、先「私は異なる専門を結びつけようとする皆さんの端計測研究者、そして合成・生化学で機能創成する研「実験」に立ち会ったことを喜んでおります。私の講究者が行って来た複雑分子系に関する共同研究を、共演でお話しした内容は共同研究無くしてはできなかっ同研究者が一緒に登壇して異分野間のインタープレイ

たことばかりです。学生をこういった場に含めること

を壇上で実演することであり、日本化学会では初めてはとても重要です。大学院生も博士研究員も他の研究の試みである。さらに、本年会において複雑系研究の者がどのようにして新しいことを切り開いていったの先駆者である UC Berkeley 教授・G. Fleming 先生がか学ぶ必要があります。彼らは互いに話をしていくう

日本化学会名誉外国人会員に推戴されることがわかり、ちに、おそらく最終的にはどうやって他の研究者の才

この機会に講演をお願いしたところ快くご了解下さり、能を互いに活用するのかを学ぶと思います。

貴重な講演を聞ける大変特別なシンポジウムを行うこ

今日はとてもうまくいっている研究を聞きましたが、とができた。

時にはうまく動かないノートパソコンを共に使い（笑；

講演を以下に示す。

注 これは私・藤井のことです）、熱心に共同研究を進・実験と理論の協奏で拓く水表面の和周波分光研究

めようとしていました。私は次の機会にも、たとえパの最先端（東北大院理）森田明弘・（理研）田原太平

ソコンが動かなくても（笑）共同研究を続けるように・気相赤外分光と非調和振動解析による分子認識に激励したいと思います。異なる分野を結びつけること関わる生体分子の水素結合構造の解明（理研）八木清・は大変な努力が必要ですが、そこにこそ最高に刺激的（東工大化生研）藤井正明

なサイエンスがあるのです。

・実験と計算による p53 の標的 DNA 配列探索機

私はいつも新しい装置や方法を渇望しています。私能（東大分生研）北尾彰朗・（東北大多元研）鎌形清人、たちは分からない現象に切り込む新しい方法を永遠に高橋聡求め続けていくべきだと思います。どうか大変に複雑

・超分子カプセルの分子内包能と動的挙動（京大

な問題を研究し続けてください。皆様に幸運を。私も院理）林重彦・（東工大化生研）吉沢道人

時々皆様のところに戻ってきたいと思います。素晴ら

・機能転換と構造解析によるタンパク質機能のメカ

しい進展を見せてくれてありがとう。
」

ニズム解明（阪大院理）水谷泰久・（名工大）神取秀樹
・ピレン励起ダイナミクスの超高速分光計測と解析

本シンポジウムの開催をお認め頂いた日本化学会のによるアルキル化 π 液体分子に潜む「柔らかさ」の起

皆様、快く講演をお引き受け戴いた講演者のみなさま、

源探求（物材機構）中西 尚志・（学習院大）高屋智久

そして多くの学生さんと共にご参加下さりシンポジウ

・拡張共役系不飽和炭化水素と金属クラスターのハムを盛り上げてくださった本領域の皆様に心より感謝

イブリッド化に向けた実験・理論アプローチ（京大院

申し上げる。

368

新学術領域研究「柔らかな分子系」ニュースレター

No. 44

平成 29 年 4 月

理化学研究所一般公開にてアウトリーチ活動を行いました
石井 邦彦
田原 太平

（理研・A02 計画研究分担者）（理研・A02 計画研究代表者）

平成 29 年 4 月 22 日（土）に、理化学研究所の和光キャンパス（埼玉県和光市）で一般公開が催されました。この一般公開は毎年春に行われる行事で、理研も大変力を入れて開催しています。物理、化学、生物、工学にわたる多くの研究室がそれぞれに工夫を凝らした展示を行い、また理研の研究者による講演会なども企画されます。毎年、家族連れの方、学生の方、また「柔らかな分子系」の展示。

専門的な興味を持つ技術者の方まで、科学・技術に興味を持たれる多くの方々が理研和光キャンパスを訪れこれに合わせて例年、「柔らかな分子系」のコーナーます。この日は天候にも恵まれ、約八千名の参加者がを設けてわれわれの新学術領域のアウトリーチ活動を行っています。今年で 4 回目となる本活動では、「タありました。
この一般公開で田原グループは毎年、「不思議な光

ンパク質に触れてみよう」と題してハプティックデバ

レーザーで探る分子ミクロ世界」という体験型の展示

イスを用いてモニター画面に表示されたタンパク質分を行っています。ここでは、手作りの簡単な装置を使子の形を手で感じてみる、という展示をしています。

って、吸収スペクトル測定や顕微分光の原理など、分コンピュータグラフィックスで表示されたタンパク質

光計測とは何かについて一般の方にわかりやすく説明

を“触れる”ということで、多くの方が興味を持たれ、しています。

順番待ちの列ができるほどでした。
本企画には小学生から大人まで多くの方に参加していただき、今年も大成功でした。参加者の中にはハプティックデバイスと我々の研究の関連について質問される方も多く、「柔らかな分子系」について説明する
良いきっかけになります。このハプティックデバイス
はアウトリーチ活動のために本新学術領域で購入し、総括班の田原グループ、北尾グループで管理しています。
他の班員の方も機会があればぜひご活用ください。

ハプティックデバイス
田原グループの展示風景。

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新学術領域研究「柔らかな分子系」ニュースレター

No. 44

平成 29 年 4 月

253rd American Chemical Society National Meeting and Exposition 参加
及びスタンフォード大 Kobilka 研究室と Deisseroth 研究室訪問報告
富田 紗穂子(名工大・A03 神取グループ・博士

されていたが、それと共に、神取研で行っている赤外

前期課程 1 年生)

分光法を用いた動的な構造解析の必要性に関しても議論が行われた。ノーベル賞受賞者相手に全く物怖じしないプレゼンをもとに徹底的な議論が交わされている

本新学術領域の若手研究者海外派遣支援をいただき、2017 年 4 月 2 日～6 日、アメリカ・サンフランシスコで開かれたアメリカ化学会のを目の前で実感できたのは、今後、自分自身のプレ
ゼンを向上させる上で大変勉強になった。

253rd American

Kobilka 研見学後、同大学の Deisseroth 教授の研究

Chemical Society National Meeting and Exposition

室も見学させていただいた。Deisseroth 研は世界で初に参加した。

めて光によるマウスの行動制御に成功し、本会議は世界中の化学の研究者が集まる大規模な国

Optogenetics（光遺伝学）を創始した研究室である。

際会議であり、各分野のセッションにおいて活発な議

残念ながら Deisseroth 教授は出張不在であったが、研論が行われた。このうち光駆動系の物理化学に関する究室の方と光遺伝学ツールに対する我々の赤外分光測

シンポジウムでは、神取先生や A01 林 重彦先生の招定結果を議論する機会も得た。光遺伝学実験が最初に待講演を含め微生物型や動物型のロドプシンについて行われた部屋を訪問できたことには感激した。

も実験や計算の研究成果が報告され、様々な観点からアメリカ滞在中には、Lawrence Berkeley ラボの矢の意見や質問が飛び交っていた。

野先生夫妻、Kobilka 研の加藤博士、Deisseroth 研の筆者は“FTIR analysis of internal water molecules

井上博士夫妻、早稲田大学の中井先生と食事をご一緒

of a light-driven sodium pump KR2”という題目で、する機会に恵まれ、研究者として第一線でご活躍されポスター発表を行った。KR2 というロドプシンは海洋ている方々の生の声を聞くことができた。アメリカで性細菌 Krokinobacter eikastus から発見され、光によは研究に専念しやすい環境が整っている一方、日本のり初めて外向きにナトリウムをポンプすると示された方がモチベーションの高い学生や研究者が揃っている

ロドプシンである。2015 年に結晶構造が解かれ、ナト等、日本とアメリカの良い面と悪い面について興味深

リウム輸送機構が提唱された。KR2 ではポンプ機能がい話をたくさん聞くことができた。ドクターコースに損なわれるアミノ酸変異体が多く報告されているにも進学し、将来研究者を目指す筆者にとって、今後の人関わらず、それらのアミノ酸の構造情報や輸送メカニ

生設計をする上でも貴重な体験となった。

ズムとの関わりは不明であった。筆者は、KR2 の野生

最後に、今回の渡航にあたって多大なご支援をいた型・変異体について赤外分光測定による構造解析を行

だいた本新学術領域の関係者の方々にこの場をお借りい、ポンプ機能が損なわれる変異体においてレチナー

して深く御礼申し上げます。

ル周辺の内部結合水の水素結合環境が変化していることを明らかにした。今回のポスターでは、内部結合水を含む水素結合環境とポンプ機能との関わりについての考察を発表した。ポスター発表では、多くの外国人
研究者と議論を交わすことができたが、相手の英語が聞き取れなかったり、言いたいことも英語で表現できなかったりと、もどかしく悔しい思いもした。今後、この経験を生かし自分の発表能力の向上のための努力をしていきたい。
また本会議とは別に、2012 年にノーベル化学賞を受賞されたスタンフォード大学の Kobilka 教授の研究室を訪問する機会を得た。そこでは神取研助教の片山耕大先生がセミナーをされた。片山先生は昨年までアメリカで博士研究員としてタンパク質の結晶構造解析を

Brian Kobilka 教授と筆者

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