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中性子非弾性散乱による生体高分子ダイナミックスの研究

Dynamics of biomolecules studied by neutron inelastic scattering

中川 洋   ; 片岡 幹雄

Nakagawa, Hiroshi; Kataoka, Mikio

タンパク質は規則的な3次元の立体構造を持つ生体高分子である。温和な生理的環境で熱揺らぎにさらされながら、タンパク質はその構造を巧みに変化させることで生理機能を発揮している。中性子散乱実験で用いられる中性子は、波長が数AでエネルギーはmeV程度であり、それぞれ分子の原子間隔や揺らぎのエネルギーに近い。そのため、回折実験から分子構造を決定できるだけでなく、ピコ秒からナノ秒の時間スケールのダイナミクスを観測することができる。特に、機能発現に重要とされている分子全体の協調的な構造揺らぎや、水和水ダイナミクスの解析に中性子非弾性散乱は有効である。茨城県東海村で大強度陽子加速器施設J-PARCによる大強度の中性子源が稼働を開始し、利用できるようになった。本稿では、最近の筆者らの生体高分子ダイナミクス研究とJ-PARCで今後期待される研究について紹介する。

Protein is a biomolecule with a regular tertiary structure. The protein functions biologically by conformational change under the thermal fluctuation. Experimentally obtained neutron has a wavelength of a few angstrom and an energy of a few meV, which correspond to the distance between atoms in the molecule and an energy of the thermal fluctuation, respectively. Therefore, the neutron is useful for the determination of molecular structure by diffraction and the observation of functional protein dynamics and hydration water dynamics with pico-nano second time scale. J-PARC, new pulse neutron source at Tokai in Ibaraki, started operation. Here, we show our recent work about the dynamics of the biomolecule.

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