Neutron diffraction measurements of skeletal muscle using the contrast variation technique; Analysis of the equatorial diffraction patterns

コントラスト変調法を用いた骨格筋の中性子回折測定; 赤道回折パターンの解析

藤原 悟; 武澤 康範*; 杉本 泰伸*; 若林 克三*

Fujiwara, Satoru; Takezawa, Yasunori*; Sugimoto, Yasunobu*; Wakabayashi, Katsuzo*

中性子散乱・回折は、溶媒中の重水濃度を変えることにより、分子と溶媒の散乱長密度コントラストを変えることができるというユニークな特徴を持つ。このコントラスト変調法を用いた中性子繊維回折法の可能性を探るために、骨格筋の中性子繊維回折実験を行った。弛緩状態と硬直状態におけるカエル縫工筋の中性子繊維回折像をさまざまな重水濃度下で測定した。観測された反射の重水濃度依存性から、筋肉の単位構造中に異なった密度を持つ蛋白質領域が存在することが明らかとなった。さらに、赤道反射の解析を、フーリエ合成による投影密度マップ及びモデル計算を併用して行った結果、赤道反射の位相情報が得られること、筋肉を構成する主要要素である"太いフィラメント"と"細いフィラメント"の散乱長密度が異なること、そして、この太いフィラメントの密度が弛緩状態と硬直状態で大きく異なることが示された。これは、筋肉の状態変化に伴い、太いフィラメントの構造が大きく変化することを示唆する、また、構造解析に不可欠でありながらX線回折実験からは得られない位相情報が取得できることは、中性子回折の有用性を示している。

In neutron scattering and diffraction, information on variations of scattering length density of molecules of interest can be extracted by the contrast variation technique. In order to explore the possibilities of this contrast variation technique in neutron fiber diffraction, neutron diffraction measurements of skeletal muscles were performed. The neutron fiber diffraction patterns of frog sartorius muscles were measured in the relaxed state and the rigor state, in various DO concentrations. It was shown that there were variations in the scattering length density of the protein regions in the unit cell of the muscle structure. Analysis of the equatorial reflections showed that the phase information of these reflections is obtained, that the scattering length density is different between the thick filament region and the thin filament region, and that the density of the thick filament changes as the state of muscle changes from the relaxed state to the rigor state.