Neutron fiber diffraction measurements of muscle using the contrast variation technique

コントラスト変調法を用いた筋肉の中性子繊維回折測定

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・回折では、「コントラスト変調法」により、粒子や単位構造の内部構造情報を得ることができる。中性子繊維回折の可能性を明らかにするために、典型的な繊維状蛋白質複合体である筋肉の中性子繊維回折測定をコントラスト変調法を用いて行った。弛緩状態及び硬直状態における筋肉の中性子繊維回折像を種々の重水濃度において測定した。得られた回折像において観測された反射の重水濃度依存性から、筋肉の単位構造内に異なった密度領域が存在することが明らかとなった。さらに、筋線維軸に垂直な平面への投影構造を反映する赤道反射の解析を、フーリエ合成による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」の密度が異なること、そして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す結果である。

In neutron scattering and diffraction, information on internal fluctuations or a variation of scattering length density of molecules of interest can be extracted by the contrast variation technique. This contrast variation technique was applied to measurements of neutron fiber diffraction of muscles. The neutron fiber diffraction patterns of frog sartorius muscles were measured in the relaxed state and the rigor state, in various D2O concentrations. It was shown that there were variations in the scattering length density distribution 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 density projected onto a plane perpendicular to the fiber axis of muscle is different between the thick filament region and the thin filament region, and that the projected density of the thick filament changes as the state of muscle changes from the relaxed state to the rigor state.