平成 14 年度新世代研究所研究助成報告書概要版原子間力顕微鏡を用いたタンパク質の一分子粘弾性計測東京工業大学大学院生命理工学研究科岡嶋分子生命科学専攻孝治原子間力顕微鏡（AFM）を用いた分子延伸測定法（フォーススペクトロスコピー）は、１分子の相転移挙動を調べるための有用な方法の１つになりつつある。この方法では、AFM のカンチレバー探針と基板表面との間に１分子を挟み込み、分子を延伸または収縮させるときの張力と延伸距離との関係から、分子の構造変化に関する知見が得られる。例えば、タンパウ質のように固有な折り畳み構造をもつ分子を延伸させると、構造転移（アンフォールディング）の振る舞いがカンチレバーに働く張力の変化として観察される。この手法を拡張して構造転移の緩和過程を１分子レベルで計測することが本研究の主たる目的である。そこで、摂動的な調和振動下の１分子の力学的応答をミリ秒領域で測定できるＡＦＭ装置を試作し、静的な延伸特性が比較的よく分かっているタンパク質分子をターゲットとし、その１分子挙動を測定した。図１は、試作した粘弾性計測装置の概略図である。市販の AFM 装置（SPM-9500、島津製作所）をベースに、光検出部とピエゾ制御部を改変している。この装置は、走査用のチューブスキャナーと小型円板状のピエゾを用いている。前者は、分子の延伸距離を変化させる目的にもちいており、後者は分子を振動させるために用いている。測定では、円板状のピエゾを用いて基板を約 10nmpp 振動させた状態にし、延伸測定を行う。各々の延伸位置におけるカンチレバー変位の時系列データを取得し、延伸に対する動的挙動を計測する。分子としてウシ由来炭酸デヒドラターゼ II 型の変異体を用いた。この変異体は、天然型構造で活性があるタンパク質分子（Type I と呼ぶ）と僅かに構造が変化し活性がないタンパク質分子（Type II と呼ぶ）の２つのコンフォーマーをもつ。従って、構造と動的挙動との関係を調べる上で良好な試料である。振動周波数を 50Hz-100Hz で測定をした結果、Type I と Type II とでは異なる動的挙動を示すことが分かった。つまり、 Type I では逆位相の応答を示すことがあるのに対し、Type II では常に同位相の応答を示すことが分かった。そして、構造転移近傍の振る舞いの測定から、このような構造と力学応答との関係が明確に示された。図１１分子粘弾性測定用 AFM 装置の概念図