【研究分野】高分子・繊維材料

【研究領域課題番号】16K21712 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

β1,3グルカンプロピオネート / 多糖誘導体 / 結晶化挙動 / 高次構造 / 大型放射光 / 時分割X線 / 溶融紡糸 / カードラン / 多糖エステル / β1,3グルカン / 繊維 / 放射光 / リアルタイム測定 / 放射光X線 / X線同時測定 / 球晶 / バイオマス / プラスチック / 材料化 / バイオマス由来プラスチック / 型放射光 / 高次構造形成メカニズム / 溶融紡糸大 / リアルタイム観察

【研究成果の概要】

石油由来のプラスチックに対して、植物や微生物などの再生可能資源から作製されるバイオマス由来プラスチックが注目を集めている。本研究では、バイオマス由来プラスチックであり、微生物が生産する物質から合成されるβ1，3グルカンプロピオネートに着目し、これらを材料化する際に必要な情報である結晶化挙動の観察を目的にした。大型放射光施設から生成されるX線を使用した実験、具体的には、球晶の構造および紡糸過程の構造形成に着目して分析を行った。この結果、静的環境下におけるβ1,3グルカンプロピオネートの球晶発現および紡糸過程における結晶化についての知見を得ることができた。

【研究の社会的意義】

石油資源の乏しい我が国においては、石油に依存しない材料の開発および活用は急務である。再生可能資源であるバイオマスを使用したプラスチックは多く開発されているが、その中でも多糖誘導体は、石油由来プラスチックや脂肪族のバイオマス由来プラスチックにはない、独特な性質を有している。本研究で用いたβ1,3グルカンプロピオネートは、多糖誘導体のなかでも比較的容易に繊維化が可能であることが判明し、加工性もよいことが判明した。これらの結晶化挙動を調査することは、材料化を行うために必要不可欠な情報を取得し、今後の多糖系プラスチックの材料化を推し進める重要な研究であるといえる。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)

【研究分野】生物物理学

【研究領域課題番号】11558086 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

蛋白質 / 放射線損傷 / 低温結晶解析 / 大型放射光 / 低温冷却 / 低温蛋白質結晶学 / X線結晶構造解析 / 構造生物学 / X線解析 / X線回折 / 放射光X線 / 中性子回折

【研究成果の概要】

大強度X線の利用が可能な大型放射光ビームラインでは、100Kにおいてさえ放射線損傷が生じることが明らかとなってきた。この現象は、10^<12>〜10^<13>photon/秒にもおよぶ大強度X線によってガラス状に凍結された水が部分的に溶解し、発生したラジカルが拡散している可能性を強く示唆するものであった。この現象に立ち向かうには更に低い温度での回折実験が有効であることが低温電子顕微鏡法による生体高分子の観察において明らかにされている。本研究では、従来の低温窒素ガス吹き付け型結晶冷却装置と変わりない操作性を有し、試料を35K程度に冷却可能な吹き付け型結晶冷却装置の開発を行った。同装置の実現は、蛋白質結晶の放射線損傷低減にとどまることなく、室温下ピコ〜ナノ秒程度の時間領域で発生する蛋白質等の反応中間状態を凍結した構造解析や分光測定を用意に可能とし、35K〜80Kの温度範囲に相転移を有した物質の構造解析を含めた物性測定に威力を発揮するものと期待される。今回の装置開発では、より低い到達温度が実現可能なヘリウムガスを冷却媒体として用い、目標温度範囲35K〜300K、温度精度0.5Kを達成した。本装置を大型放射高施設スプリング8のビームライン41XUに設置し、蛋白質(鞭毛構築蛋白質、シタロン脱水酵素変異体)や巨大生体分子複合体(光合成器官II、F1-ATP合成酵素)の極低温X線回折強度データ収集を実施した。
また、従来から開発を行ってきた液体窒素温度周辺での低温結晶解析技術を駆使して、多数の蛋白質の結晶構造(グルタミン酸脱水素酵素、キラートキシン、筋小胞体カルシウムポンプ、シタロン脱水酵素等)や蛋白質の水和構造を明らかにし、.蛋白質内部振動の温度依存性についても精度の高い測定を行った。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1999 - 2001

【配分額】9,800千円 (直接経費: 9,800千円)