共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 液液相分離を伴う結晶化
新規・継続の別 新規
研究代表者／所属 徳島大院理工
研究代表者／職名 准教授
研究代表者／氏名 鈴木良尚

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 佐藤正英 金沢大総合メディアセ 教授

2

 勝野弘康 立命館大理工 助教

3

 佐崎元 北大低温研 教授

研究目的 雪や氷結晶の相転移は自然界の幅広い現象の鍵を握る。しかし、液体の水が複数の液体相に相分離することが見つかるなど、環境相である液体相の相分離を解明する重要性が近年増している。
鈴木は、タンパク質の水溶液を遠心沈降濃縮すると、少なくとも二相に相分離することを見出した。
本研究では、バルク液液相分離を経由した結晶核生成・結晶成長で得られた水溶性タンパク質リゾチーム結晶に関して、まず鈴木が、佐崎と協力して結晶表面のその場観察を行うための技術開発を行うことを目的とした。また、金沢大の佐藤は、液液相分離と結晶核生成の間の理論的考察を行い、立命館大の勝野はモデル系を考え、計算機実験を行うことを目的とした。
　　
研究内容・成果 平成28年度は、当初の目的遂行にあたり、その場観察用の実験手法を模索した。しかし、バルク液液相分離の際、特に濃厚相は大変高濃度に濃縮されるため、高粘度になり、かつ蒸発のスピードが速く、その場観察用のセルは、まだ完全形に到達してはいない。が、容量を増やすことなどで蒸発による濃度変化の影響を抑える方針で、ほぼ解決した。結晶表面の分子ステップの観察にはすでに成功しているため、29年度はいよいよ成長界面のステップ前進速度の速度論的な解析が可能となる。

それとは別に、高塩濃度の塩析条件と、脱塩遠心濃縮の結晶化条件では、溶液・結晶中の分子の構造が変化し、分子間相互作用等に変化が生じる必要も出てくるため、その構造を知る必要があるという考えが生じた。しかし、結晶構造解析の結果はまだないため、どのような変化が生じるかは不明であった。そこで、バルク液液相分離を経由した結晶核生成・結晶成長で得られたリゾチーム結晶を放射光を使って、詳細な構造解析を実施した。その結果、液液相分離を経由した結晶中の分子構造が、経由しない通常の塩析によって得られた結晶中の分子構造と大きく異なることが分かった。

1．まず、塩析結晶で見られた、結晶中のNaイオンの存在個所について、脱塩濃縮結晶中では当然のごとく存在せず、そのサイトの周りのアミノ酸残基の立体配置に大きな違いが生じていた。
2．分子の外側のいくつかのアミノ酸残基に立体配置の変化が見られた。これは、溶液と接触している個所故、脱塩状態と高塩濃度状態で、水和状態が大きく変化したことによると考えられた。

上記結晶構造解析の結果は、投稿準備がほぼ完成した。立体構造等に関しては、未発表のデータ故、報告書に上げることは差し控えさせていただきたい。

また、これらをもとにした各メンバーの進捗報告等、理論面からの議論を活発に行うことができた。
　　
成果となる論文・学会発表等 Y. Suzuki， Y. Hattori， J. Nozawa， S. Uda， A. Toyotama and J. Yamanaka Adsorption， Desorption， Surface Diffusion， Lattice Defect Formation， and Kink Incorporation Processes of Particles on Growth Interfaces of Colloidal Crystals with Attractive Interactions， Crystals. 6(7). 80-1-11. 2016
H. Katsuno， Y. Maegawa， and M. Sato Two-dimensional Crystal Structure Formed by Two Components of DNA Nano-Particles on a Substrate， J. Phys. Soc. Jpn. 85. 074605-1-5. 2016