脂質二分子膜におけるイオン透過のダイナミクスに関する生物電気化学的研究

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膜を介した電荷移動は呼吸・代謝や神経伝達など様々な生体機能の発現に重要な役割を演じており、個々の反応だけではなく、複数反応の共役現象についても研究されてきた。特に近年は医薬品・農薬の開発やバイオセンサーの開発などが盛んに行われており、安全性・耐久性・効率がより高い薬剤・デバイスの開発が期待されている。そのためには、より詳細な膜透過におけるダイナミクスについての解析が必要とされている。そこで、植物の気孔開閉を制御するイオンチャネルKAT1を用いて、その動的挙動の解析を行うと共にその特性評価を行うことを目的とした。'本年度は共存イオンの働きにも注目して、膜内の拡散係数と膜内へのイオンの分配係数を見積もり、透過電流に及ぼすイオン種毎の寄与を評価することを試みた。具体的には膜を介した二水相の電解質溶液を置換できるセルを新たに設計・作製し、印加電位毎の単一チャネル電流値を測定することでその評価を行った。その結果、KAT1においてもこれまで用いたチャネル形成ペプチドと同様に共存イオンのイオン半径とチャネル孔径の関係が重要であることが分かった。また、イオン半径の方が小さい場合は分配項が、大きい場合は拡散項が主に関わることで、透過目的イオンの透過促進及び透過阻害が起こっていることも分かった。平成22年度から対イオン(共存イオン)の重要性に注目して研究を進めてきたが、単一チャネル測定からもその重要性が確認できた。これまでの知見に基づき、膜を介したイオン透過のダイナミクスにおいて、疎水性イオンやキャリア化合物、チャネル・ポンプの存在が重要だが、透過目的イオンだけではなく対イオンが透過特性に大きく関わっていることを明らかにした。従来は、イオンチャネルはチャネル孔と透過イオンの大きさのみが、その透過特性を決めていると考えられてきたが、特性評価を行う際は対イオンの挙動も重要であることが判った。