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タンパク質に潜むフラクタル構造がもたらす挙動をテラヘルツ光で視る

2020/08/31

筑波大学 数理物質系の森龍也助教、小島誠治名誉教授、山本洋平教授、所裕子教授、白木賢太郎教授、立命館大学理工学部の藤井康裕講師、是枝聡肇教授、東京工業大学 科学技術創成研究院 フロンティア材料研究所の気谷卓助教、および東京大学大学院総合文化研究科の水野英如助教らは、生物の構成要素であるタンパク質に内在するフラクタル構造に起因した挙動(ダイナミクス)を、テラヘルツ光で検出?評価することに成功しました。

ガラスや高分子、タンパク質分子など、不規則構造を有する物質のナノスケールダイナミクスは、物質の硬さなどの弾性特性を支配しますが、これを分子レベルから解明することは未だ挑戦的な課題です。また、そのナノスケール領域において物質が自己相似性注7)に起因したフラクタル性を有する場合、どのようなダイナミクスが現れ、それが光(電磁波)でいかに検出されるかについてはこれまで知られていませんでした。

今回、本共同研究グループは、光(電磁波)とフラクタル構造体の相互作用について、まず理論定式化を行い、光吸収スペクトルにフラクタルの情報がどのように含まれるかを明らかにしました。さらにフラクタルダイナミクスが現れる候補のタンパク質に対してテラヘルツ分光を行い、その実験スペクトルからフラクタル性の情報を抽出することに成功しました。これは、タンパク質や高分子ガラスなどについて、テラヘルツ光を用いてナノスケールフラクタル構造の情報評価を非破壊?非接触に行うことができることを意味し、テラヘルツ光技術の応用利用上も重要です。


図. タンパク質リゾチーム分子。プロテインデータバンクの構造情報を用いて描画している。

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