Dynamics of biomolecules by neutron inelastic scattering

中性子非弾性散乱による生体分子ダイナミクス研究

中川 洋   

Nakagawa, Hiroshi

タンパク質は生体内の機能分子である。生物はタンパク質によって機能を発現している。タンパク質は室温の水溶液中で機能している。これはタンパク質は熱揺らぎから逃れられないことを示しており、このようにタンパク質が揺らいでいることは現在広く認識されている。タンパク質の揺らぎは機能発現に重要である。タンパク質ダイナミクスを理解することは、揺らぎが生物機能とどのように関係しているかを明らかにするために必要である。中性子は、振動や拡散運動などのタンパク質ダイナミクスを定量的に調べる最も有効な測定手法の一つである。次世代中性子源J-PARCが茨城県に建設され、既に稼働している。この中性子源によって新たな生物物理学の展開が期待される。本発表では、タンパク質や水和水のダイナミクスについて紹介し、J-PARCでの生体物質ダイナミクス研究の展開を議論する。

Protein is a functional element in all living organisms. Almost all vital phenomena are mediated by specific proteins. Proteins work in an aqueous environment at ambient temperature, indicating that proteins cannot escape from thermal fluctuations. The magnitude of physiologically relevant input is as the same level as thermal fluctuations. It is widely accepted that the proteins are flexible and mobile. The flexibility and mobility, that is, protein dynamics are essential for protein functions. Understanding of protein dynamics is also important to clarify how the proteins can discriminate physiologically relevant motions from random fluctuations. Neutron incoherent scattering is one of the most powerful techniques to observe protein dynamics quantitatively, for example, vibration and diffusion dynamics. The next-generation neutron source, J-PARC, in Ibaraki was constructed and a several neutron instruments are already working. We expect that the neutron source will open new era for biophysics. Here I will talk about dynamics of protein and its hydration water, and discuss the prospect of the dynamics study of biomolecules at the J-PARC.