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論文

The Catalytic mechanism of decarboxylative hydroxylation of salicylate hydroxylase revealed by crystal structure analysis at 2.5${AA}$ resolution

上村 拓也*; 喜田 昭子*; 渡邉 佳彦*; 安達 基泰; 黒木 良太; 森本 幸生*

Biochemical and Biophysical Research Communications, 469(2), p.158 - 163, 2016/01

 被引用回数:11 パーセンタイル:40.45(Biochemistry & Molecular Biology)

The X-ray crystal structure of a salicylate hydroxylase from ${it Pseudomonas putida}$ S-1 complexed with coenzyme FAD has been determined to a resolution of 2.5${AA}$. Structural conservation with $$p$$- or $$m$$-hydroxybenzoate hydroxylase is very good throughout the topology, despite a low amino sequence identity of 20-40% between these three hydroxylases. Salicylate hydroxylase is composed of three distinct domains and includes FAD between domains I and II, which is accessible to solvent. In this study, which analyzes the tertiary structure of the enzyme, the unique reaction of salicylate, i.e. decarboxylative hydroxylation, and the structural roles of amino acids surrounding the substrate, are considered.

論文

Synergic effects of ion irradiations (La, Ce) and alkaline pretreatment (KOH) on hydriding kinetic property of a Mm-Ni based alloy

阿部 浩之; 青根 茂雄*; 森本 亮*; 内田 裕久*

Journal of Alloys and Compounds, 580(Suppl.1), p.S219 - S221, 2013/12

 被引用回数:5 パーセンタイル:60.3(Chemistry, Physical)

水素吸蔵合金の吸蔵能の1つに、水素吸蔵初期反応速度がある。今回、イオン照射による表面改質技術を目的に種々のイオンをMm-Ni系水素吸蔵合金に照射したところ希土類イオンであるLaイオン,Ceイオンが水素吸蔵初期反応速度を大きく向上させることが判明した。さらにこれらイオン照射後のサンプルをKOHアルカリ溶液にて化学処理を施した場合、イオン照射したサンプルよりも数倍の初期反応速度の向上が見られた。これら希土類元素は水素を吸収しやすい物質であるため、表面にLaやCeイオンを導入することで初期反応速度が促進されたと考えられる。さらにKOHのアルカリ溶液にて化学処理をすることで、表面酸化膜がエッチングされるとともに、カリウム原子が合金表面仕事関数を下げることで、初期反応速度が速くなると考えられる。

論文

Structure and function of $$Delta$$1-tetrahydrocannabinolic acid (THCA) synthase, the enzyme controlling the psychoactivity of ${it Cannabis sativa}$

正山 祥生*; 玉田 太郎; 栗原 和男; 竹内 彩子*; 田浦 太志*; 新井 栄揮; Blaber, M.*; 正山 征洋*; 森元 聡*; 黒木 良太

Journal of Molecular Biology, 423(1), p.96 - 105, 2012/10

 被引用回数:48 パーセンタイル:15.47(Biochemistry & Molecular Biology)

$$Delta$$1-テトラヒドロカンナビノール酸(THCA)合成酵素は、基質であるカンナビゲロール酸の酸化的閉環反応を触媒し、大麻の幻覚活性をつかさどる$$Delta$$1-テトラヒドロカンナビノールの前駆体であるTHCAを合成する。本研究では、THCA合成酵素のX線結晶解析及び変異体を用いた活性測定を実施し、THCA合成酵素の機能-構造相関の解明を試みた。2.75${AA}$分解能で決定した立体構造情報に変異体解析結果を組合せことにより、THCA合成酵素の活性に寄与する残基を同定した。

論文

Improvement of hydrogen absorption characteristics of Pd using irradiation of heavey ions

阿部 浩之; 青根 茂雄*; 森本 亮*; 内田 裕久*; 大島 武

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 36(1), p.133 - 135, 2011/03

これまでに、パラジウム(水素吸蔵材料)について、重イオン照射により欠陥導入させることで表面構造が乱れ、それにより表面改質効果が生じ、水素吸蔵能向上が見込まれることを見いだしている。本研究ではその表面状態についてさらに詳細な知見を得るため、表面仕事関数測定により電子状態を調べ、初期水素吸蔵反応速度との相関関係を調べた。照射イオンはNイオン,Crイオン,Agイオン,Xeイオン照射を実施し、ドーズ量は10$$^{14}$$$$sim$$10$$^{17}$$cm$$^{-2}$$とした。水素吸蔵反応速度測定により、イオン照射したPdは未照射Pdに比べ反応速度が3$$sim$$10倍速くなることを確認し、仕事関数測定ではイオン照射のドーズ量の増加に伴い、仕事関数値が負側へシフトすることが判明した。これより、イオン照射により表面構造が乱され、表面電子状態が不安定になった結果、水素原子が取り込まれやすい状態となり、初期水素吸蔵反応速度が速くなったと結論できる。

論文

Ion-irradiation effects of hydrogen absorption in palladium metal

米田 安宏; 田村 和久; 阿部 浩之; 大島 武; 森本 亮*; 内田 裕久*; 水木 純一郎

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 33(4), p.1053 - 1056, 2008/12

水素吸蔵合金であるパラジウムの特性を改変するためにN$$^+$$イオン照射を行い、エッチングなどによる表面改変に比べ大幅に改善されることがわかった。このしくみを理解するために表面構造を電子顕微鏡で、またミクロスコピックな構造を放射光X線を用いて調べた。N$$^+$$イオンはパラジウム金属中に留まることはないため、イオン照射時に生じる格子欠陥が水素吸蔵過程に変化をもたらしていると考えられる。SEM観察からは金属パラジウムの表面自体は照射前から圧延時の痕跡が見られ、照射による表面積の拡大が水素吸蔵に影響を与えているとは考えられない。したがって、X線によって明らかとなった格子欠陥によるミクロ構造の変化が本質的に水素吸蔵量と関係していると考えられる。

論文

Crystallization and preliminary X-ray diffraction studies of polyketide synthase-1 (PKS-1) from ${it Cannabis sativa}$

田口 千穂; 田浦 太志*; 玉田 太郎; 正山 祥生; 正山 征洋*; 田中 宏幸*; 黒木 良太; 森元 聡*

Acta Crystallographica Section F, 64(3), p.217 - 220, 2008/03

 被引用回数:3 パーセンタイル:61.54(Biochemical Research Methods)

Polyketide synthase-1 (PKS-1) is a novel type III polyketide synthase that catalyzes biosynthesis of the hexanoyl triacetic acid lactone in ${it Cannabis sativa}$ (Mexican strain). PKS-1 was overproduced in ${it Escherichia coli}$, purified and finally crystallized in two different space groups. The crystal obtained in 0.1 M HEPES buffer (pH 7.5) containing 0.2 M calcium acetate and 20% (w/v) polyethylene glycol 3350, diffracted to 1.65 ${AA}$ resolution and belonged to space group ${it P}$1 with unit-cell parameters of a = 54.3 ${AA}$, b = 59.3 ${AA}$, c = 62.6 ${AA}$, ${it $alpha$}$ = 69$$^{circ}$$, ${it $beta$}$ = 81$$^{circ}$$, ${it $gamma$}$ = 80$$^{circ}$$. Another crystal obtained in 0.1 M HEPES buffer (pH 7.5) containing 0.2 M sodium chloride and 20% (w/v) polyethylene glycol 3350, diffracted to 1.55 ${AA}$ resolution and belonged to the space group ${it P}$2$$_{1}$$2$$_{1}$$2$$_{1}$$ with unit-cell parameters of a = 54.3 ${AA}$, b = 110 ${AA}$, c = 130 ${AA}$. These data will enable us to determine the crystal structure of PKS-1.

論文

Protonation states of buried histidine residues in human deoxyhemoglobin revealed by neutron crystallography

茶竹 俊行*; 柴山 修哉*; Park, S. Y.*; 栗原 和男; 玉田 太郎; 田中 伊知朗*; 新村 信雄*; 黒木 良太; 森本 幸生*

Journal of the American Chemical Society, 129(48), p.14840 - 14841, 2007/12

 被引用回数:22 パーセンタイル:39.85(Chemistry, Multidisciplinary)

A large crystal of human deoxy hemoglobin (Hb) was grown from D$$_{2}$$O solution (pD 6.3). The preliminary neutron diffraction experiment was carried out at the KUR reactor in RRI of Kyoto University, and the diffraction data set to 2.1 ${AA}$ resolution was collected at JRR-3 reactor in JAEA using the BIX-3. The neutron crystal structure of Hb reveals that both the $$alpha$$- and $$beta$$-distal histidines (His$$alpha$$58 and His$$beta$$63) adopt fully (doubly) protonated form. This finding sharply contrasts with existing results on R (relaxed) state liganded Hbs where such full protonation can never occur. This results suggest an interesting possibility that the both histidines could contribute to the T (tense) state Bohr effect of Hb. Indeed, the protonation/deprotonation of each distal histidine may have a direct impact on the oxygen affinity of the nearby heme group through sterical hindrance and/or polarity change in the heme pocket without affecting the allosteric equilibrium of Hb.

論文

Effects of ion irradiation on hydriding rate of Mm based hydrogen storage alloy

阿部 浩之; 森本 亮*; 佐藤 史篤*; 東 順人*; 内田 裕久*

Journal of Alloys and Compounds, 408-412, p.348 - 350, 2006/02

 被引用回数:10 パーセンタイル:41.66(Chemistry, Physical)

水素吸蔵材料としてMm系AB$$_{5}$$型の希土類合金(MmNi$$_{5}$$)は有用視されており、既にニッケル水素電池の負極材として実用化されているが、自動車用等の水素貯蔵システムへの応用のためには、水素吸蔵性能の大幅な向上が必要である。そこで、材料表層改質にとって有力な手法であるイオン照射法を行い、合金の表面近傍に欠陥やボイドを生成させることによる水素吸蔵能向上の可能性を検討した。イオン照射を実施後、水素吸蔵能の変化を水素化速度の測定により評価した結果、照射によりMm系AB$$_{5}$$型希土類合金の吸蔵能が数倍向上することが確認できた。水素吸蔵能の向上は照射によって形成した表面近傍の欠陥濃度に依存し、これらの欠陥の存在が水素化速度を増加させていることがわかった。

論文

Effects of surface modification by ion irradiation on the electrochemical hydrogen absorption rate of Pd

阿部 浩之; 森本 亮*; 佐藤 史篤*; 東 順人*; 内田 裕久*

Journal of Alloys and Compounds, 404-406, p.288 - 292, 2005/12

 被引用回数:7 パーセンタイル:45.52(Chemistry, Physical)

パラジウム(Pd)の水素吸収特性の改善を目指し、イオン照射による表面改質がPdの水素吸収速度に及ぼす影響を調べた。イオン種としてはプロトン,ヘリウムイオン,窒素イオン,アルゴンイオンを用い、加速エネルギー範囲30$$sim$$350keVで、最大照射量1$$times$$10$$^{17}$$cm$$^{-2}$$まで照射を実施した。電気化学的水素化測定の結果、イオン照射Pdは未照射Pdに比べ吸収速度が向上し、向上割合はイオン照射のエネルギーと照射量に依存する傾向が得られた。この原因は、照射により生成される欠陥が水素トラップとして働き、水素吸収速度を高めていると考えられる。

口頭

Pdの電気化学的水素化特性に及ぼすN$$^{+}$$イオン照射の影響

若林 剛*; 森本 亮*; 内田 裕久*; 阿部 浩之

no journal, , 

水素吸蔵材料の水素吸放出過程において、試料表面の状態は非常に重要である。そこで本研究では、表面改質技術として知られているイオン照射が水素吸蔵材料であるPdの水素吸収特性に及ぼす影響について調べた。本報告では、N$$^{+}$$イオン照射の照射エネルギーの違いがPdの水素化速度に及ぼす影響について報告する。

口頭

イオン照射による水素吸蔵材料Pdの表面改質効果

阿部 浩之; 内田 裕久*; 森本 亮*; 伊藤 久義

no journal, , 

水素吸蔵材の性能を大幅に向上させることは実用上重要であり、本研究では吸蔵能の向上やそれらメカニズム解明の足がかりとして、シンプルな単体金属材Pdを選定し、その水素吸蔵特性に対するイオン照射効果を調べた。Pdに対してNイオンやCrイオン照射を施し、水素吸蔵初期反応速度の測定を行った結果、照射によって水素化速度が向上できることがわかった。

口頭

イオン照射による水素吸蔵材料の水素化特性及び構造変化

阿部 浩之; 内田 裕久*; 森本 亮*; 米田 安宏; 水木 純一郎; 伊藤 久義

no journal, , 

パラジウム(Pd)等の水素吸蔵材料では吸蔵の性能を大幅向上させることは実用上重要である。本研究ではイオン照射が吸蔵能力向上に及ぼす効果や、その機構解明の基礎データ取得のため、イオン照射したPdの水素吸蔵初期反応速度測定や水素吸放出前後の原子構造の変化について調べた。その結果、Pdに対して窒素イオン,クロムイオン照射することで水素吸蔵初期反応速度が向上することが見いだされた。さらにSPring-8を用いて構造解析を行ったところPd原子間距離の広がりを示すピークが確認され、Pd全体として構造膨張することが明らかになった。

口頭

Pdの電気化学的水素化特性に及ぼすイオン照射の影響

青根 茂雄*; 森本 亮*; 阿部 浩之; 内田 裕久*

no journal, , 

水素吸蔵材料の水素反応において試料表面状態の情報は非常に重要である。そこで本研究では水素吸蔵材料であるPdの表面近傍にイオン照射により空孔型欠陥を生成させ、水素吸蔵特性に及ぼす影響について調べた。特に、イオン照射エネルギー及び照射量の違いによる水素吸蔵初期反応速度(水素化速度)への影響を調べた。用いたイオン種はHイオン,Arイオン,Xeイオンで、30$$sim$$350keVで、1$$times$$10$$^{14}$$, 1$$times$$10$$^{16}$$, 1$$times$$10$$^{17}$$/cm$$^{2}$$のフルエンスを照射した。水素吸蔵評価では照射サンプルそれぞれ1サイクルの吸放出実験を行い、各サンプルの水素化速度を測定した。その結果、未照射サンプルよりもイオン照射したサンプルの方が高い水素化速度を示し、照射エネルギー、あるいは照射量が増えるにつれて、水素化速度が向上する傾向が見られた。このことより、試料表面にイオン照射により空孔型欠陥を形成することが、水素化反応の向上に有効であることが明らかとなった。また水素化速度向上のイオン種依存性も観測されており、欠陥形成だけでなく、試料内部に若干残留するイオンの性質や状態も水素吸蔵特性に影響を及ぼすことが示唆された。

口頭

THCA合成酵素のX線結晶構造

正山 祥生; 玉田 太郎; 竹内 彩子*; 田浦 太志*; 安達 基泰; 正山 征洋*; 黒木 良太; 森元 聡*

no journal, , 

THCA合成酵素は、大麻の幻覚活性を司るTHCAの生産を制御する酵素であり、基質となるCBGAを酸化的に閉環しTHCAを合成する。THCA合成酵素の反応メカニズムを解明するため、本酵素を昆虫細胞によって分泌発現させ、目的酵素試料を調製した。この試料を用いて結晶化条件を検討したところ、タンパク質濃度20mg/mL, 0.1M HEPES緩衝液pH7.5, 1.3Mクエン酸ナトリウム塩の条件で結晶化に成功した。得られた結晶を用いてX線回折実験を行ったところ、本結晶は空間群P432に属し、格子長a=b=c=179であり2.8$AA $分解能の回折データを得た。この回折データを用いて、アミノ酸配列に23%の相同性を有すGlucooligosaccharide Oxidaseの立体構造を用いて、分子置換法による解析を行い、得られた解をもとに初期モデルを構築し、精密化を行った。最終的に立体構造モデルをR-factor19.6%(R free 24.2%)まで精密化した。得られた構造情報をもとに活性部位の検討を行い、部位特異的変異導入によってTyr-484が活性に重要な残基であることを明らかにした。これらの知見から、THCA合成酵素の反応メカニズムについて考察した。

口頭

大麻ポリケタイド合成酵素の大腸菌発現及び精製

田口 千穂*; 田浦 太志*; 森元 聡*; 正山 祥生; 玉田 太郎; 黒木 良太; 正山 征洋*

no journal, , 

大麻はカンナビノイドと称される二次代謝産物を生産し、これら化合物は多発性硬化症など種々の難治性疾患に著効を示すことから医学生物学的に極めて高い注目を集めている。カンナビノイドの基本骨格はポリケタイドに由来することから、大麻ポリケタイド合成酵素はカンナビノイドの大量生産などバイオテクノロジーへの応用が期待されるキーエンザイムである。われわれは先に、大麻ポリケタイド合成酵素の大麻からのクローニングを検討し、PKS-1と称する新規酵素のcDNAを得た。次いで大腸菌での発現に成功し、組換え酵素の活性を検討したところ、PKS-1は基質特異性及び反応性の両面において既知の植物ポリケタイド合成酵素と異なる新規性の高い酵素であることを明らかにした。さらに、PKS-1の基質特異性及び酵素反応メカニズムを決定している立体構造的基盤を明らかにするため、結晶構造解析を目的として本酵素の大量発現を行うとともに、Niアフィニティーカラム及びイオン交換カラムによる精製法を確立した。この試料を用いて結晶化条件検討を行い、複数の条件で針状結晶を得ることに成功した。

口頭

イオン照射によるPdの電気化学的水素吸収特性の変化

阿部 浩之; 森本 亮*; 青根 茂雄*; 内田 裕久*; 大島 武

no journal, , 

Pdは水素吸収(吸蔵)する単体金属である。また実用材料としての水素吸蔵合金はニッケル水素電池の負極材やそのほかさまざまな用途に用いられている。これら材料の水素吸蔵性能を大幅向上させることは実用上重要である。そこでわれわれはイオン照射による吸蔵能向上を検討するため、PdへのCrイオン及びXeイオン照射を実施し、水素吸収初期反応速度や水素吸放出前後の仕事関数測定をして評価した。その結果、未照射に比べ、照射量変化による水素吸収初期反応速度の向上,表面仕事関数の負方向へのシフトや水素吸収速度が最大で10倍程度の向上を示した。

口頭

Crystal structure of Delta1-tetrahydrocannabinolic acid synthase from ${it Cannabis sativa}$

正山 祥生; 玉田 太郎; 竹内 彩子*; 田浦 太志*; 正山 征洋*; 黒木 良太; 森元 聡*

no journal, , 

THCA synthase is the enzyme that catalyzes oxidative cyclization of cannabigerolic acid into THCA, the precursor of Delta1-tetrahydrocannabinol. In order to investigate the structure-function relationship of THCA synthase, this enzyme was overproduced in insect cells, purified and finally crystallized in 0.1 M HEPES buffer pH 7.5 containing 1.4 M sodium citrate. A single crystal suitable for X-ray diffraction measurement was obtained in 0.09 M HEPES buffer pH 7.5 containing 1.26 M sodium citrate. The crystal diffracted to 2.8 ${AA}$ resolution at beamline BL41XU, SPring-8. The crystal belonged to the primitive cubic space group P432, with unit-cell parameters a=b=c=178.2 ${AA}$. R value of the structure model was 19.6%. Active site of THCA synthase was investigated by mutation analysis using the structural information from X-ray crystallography. It was found that Tyr484 was identified to be one of the important residues in activity of THCA synthase.

口頭

Crystallization of proteinase K in deuterated solution for neutron analysis

茶竹 俊行*; 栗原 和男; 黒木 良太; 森本 幸生*

no journal, , 

Proteinase K (PK) has highly activity in various environments. The aim of our study is to carry out neutron crystallographic analysis of PK for revealing detailed mechanisms of reaction and a resistance to severe environments. As for PK, it is hardly to get large crystals suitable for neutron diffraction study. Moreover, many NO$$_{3}$$ ions locate on the surface of this protein, and some amino acids seemed to be distorted. At first, we found a new crystallization condition. PK crystals have so excellent quality that 1.05 ${AA}$ X-ray diffraction data could be collected using a synchrotron radiation. Next, crystallizations were carried out in the deuterated solution. D$$_{2}$$O solution had a small influence on the crystallization, and this crystallization condition was adequate for neutron experiment. Still photographs of deuterated crystals were collected with 12 hours exposure time using BIX-3 neutron diffractometer at JRR-3. Several diffraction spots could be identified.

口頭

イオン照射によるPdの水素吸蔵特性とその表面改質効果

阿部 浩之; 森本 亮*; 青根 茂雄*; 内田 裕久*; 大島 武

no journal, , 

水素吸放出可能な単体金属材料として、パラジウム(Pd)がよく知られている。材料の水素吸蔵能高機能化や水素吸蔵反応についてのメカニズム解明(モデル化)につながるデータ取得のために、材料改質に有効な手法であるイオン照射を行った。照射によるPdの欠陥形成過程や表面活性について、水素吸蔵初期反応速度測定やPd表面における仕事関数測定により評価を行った。その結果、照射によってPd表面を活性状態にさせることで、未照射Pdに比べ数倍高い水素化速度を示すことがわかった。また仕事関数に関しては、照射量の増加に伴い未照射Pdよりも低い値になることが見いだされた。このことにより、アルカリ溶液中での水素吸蔵実験では、アルカリ単原子がPd表面上に吸着することで、仕事関数の減少が生じ、それにより水分子とPd表面上での電子交換が早まり、結果としてH$$_{2}$$Oの解離反応が促進され、水素吸蔵初期反応速度が向上したと推測される。

口頭

Effect of surface modifications of Pd by ion irradiation on the characteristics of hydrogen absorption

阿部 浩之; 森本 亮*; 青根 茂雄*; 内田 裕久*; 大島 武

no journal, , 

パラジウム(Pd)にイオン照射を行い欠陥を導入することで、表面改質が生じ、水素吸蔵能力が向上することを見いだした。さらに、表面状態の理解のために仕事関数測定を行った。イオン照射はCrイオンを用い、エネルギー350keV,ドーズ量10$$^{14}$$-10$$^{17}$$cm$$^{-2}$$の範囲で行った。水素吸蔵初期反応速度を調べたところ、照射により未照射に比べ、最大で5倍吸蔵初期反応が早まることが判明した。その際の仕事関数の変化を求めたところ未照射Pdを基準として、負方向に約0.11eVシフトすることが見いだされた。ドーズ量の増加によりこの値はさらに負側にシフトした。仕事関数値が負側にシフトすることは、実験装置内の水溶液中での電子交換が容易になることを意味し、このことにより水素原子が取り込みやすくなり、結果として吸蔵初期反応が向上したと推測される。

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