化学反応場としての生体膜の特性：高速時間分解分光法による解明

生物膜作为化学反应位点的特征：使用高速时间分辨光谱法进行阐明

• 批准号: 12J11163
• 负责人: 野嶋 優妃
• 金额: $ 1.73万
• 依托单位: Gakushuin University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J11163/
• 关键词: 脂質二重膜; 熱拡散定数; trans-スチルベン; ピコ秒時間分解ラマン分光法; リポソーム; 高速時間分解分光法; 粘度; エネルギー移動

生体膜中では、光合成やATP合成などの数多くの生化学反応が進行する。化学反応の速度は粘度や極性などの周囲の化学的性質の影響を受ける。そのため生体膜中で進行する正化学反応をよりよく理解するためには、生体膜の主な構成要素である脂質二重膜内部の化学的環境を知る必要がある。本研究では生化学反応の進行に大きな影響を与える、脂質二重膜のエネルギー移動特性をピコ秒時間分解ラマン分光法を用いて評価した。生体膜のモデルである、リポソーム脂質二重膜内部にtrans-スチルベンを封入した。最低励起一重項(S1)状態のtrans-スチルベン(S1-tSB)の時間分解ラマンスペクトルを測定することで、励起光によって加熱されたS1-tSBの脂質二重膜内部における冷却過程を観測した。S1-tSBの冷却速度定数と、溶媒の熱拡散定数の間には、アルカンやアルコールなどの溶媒中において相関があることが報告されている。その相関と測定によって得られた膜中におけるS1-tSBの冷却速度定数を用いて、脂質二重膜の熱拡散定数を見積もった。脂質二重膜の熱拡散定数を見積もった結果、液晶相の膜の方がゲル相の膜よりも熱拡散定数が大きく見積もられた。脂質二重膜内部の熱拡散についてより詳しく考えるために、一次元の熱拡散方程式を用いて、S1-tSBの冷却速度定数を見積もった。その見積もりの結果、冷却速度定数の値は脂質二重膜の膜厚が大きいほど小さくなることがわかった。生体膜のように、水中にある脂質二重膜の熱拡散定数は非常に重要で基本的な物理量である。しかし従来の方法では水中にある脂質二重膜の熱拡散定数を測定することはできなかった。ピコ秒時間分解ラマン分光法と、S1-tSBを用いることで、水中にある脂質二重膜の熱拡散定数を初めて実験的に求めることができた。

A number of biochemical reactions are carried out in biological membranes, such as photosynthesis and ATP synthesis. The chemical reaction rate, viscosity, polarity and chemical properties of the reaction are affected. It is necessary to understand the chemical environment inside the lipid double membrane, which is the main component of the biological membrane. In this study, the effects of biochemical reactions on the migration of lipid double membranes were evaluated by spectrophotometry. The membrane of the organism is sealed inside the lipid double membrane. The time decomposition of the trans-phase (S1-tSB) of the lowest excitation term (S1) was measured. The cooling process in the lipid double membrane of S1-tSB was measured by heating and excitation. S1-tSB cooling rate determination, solvent thermal dispersion determination, solvent correlation The measurement of the correlation between the temperature and the cooling rate of the lipid double membrane was carried out. The thermal dispersion coefficient of lipid double film is found to be higher than that of liquid crystal film. The heat dissipation equation of the lipid double membrane is used to determine the cooling rate of S1-tSB. The results of the cooling rate are determined by the film thickness of the lipid double film. The thermal dispersion of lipid bilayer membranes is a very important fundamental physical quantity. A new method for determining the thermal dispersion of lipid double membranes in water Time resolution spectroscopy, S1-tSB, thermal dispersion of lipid bilayer membranes, initial resolution

项目成果

Viscosity Heterogeneity inside Lipid Bilayers of Single-Component Phosphatidylcholine Liposomes Observed with Picosecond Time-Resolved Fluorescence Spectroscopy

• DOI: 10.1021/jp503921e
• 发表时间: 2014-07-24
• 期刊: JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B
• 影响因子: 3.3
• 作者: Nojima, Yuki;Iwata, Koichi
• 通讯作者: Iwata, Koichi

Energy transfer inside DLPC lipid bilayer of liposome examined with picosecond time-resolved Raman spectroscopy

用皮秒时间分辨拉曼光谱检查脂质体 DLPC 脂质双层内的能量转移

• 发表时间: 2012
• 作者: Yuki Nojima;Tomohisa Takaya;Koichi Iwata
• 通讯作者: Koichi Iwata

Energy transfer in liquid-crystal-phase and gel-phase lipid bilayers formed by six phosphatidylcholines. A picosecond time-resolved Raman study.

由六种磷脂酰胆碱形成的液晶相和凝胶相脂质双层中的能量转移。

• 发表时间: 2014
• 作者: Yuki Nojima;Tomohisa Takaya and Koichi Iwata
• 通讯作者: Tomohisa Takaya and Koichi Iwata

ピレンを発色団としたけい光リン脂質におけるけい光異方性のピコ秒時間分解測定-DMPCリポソーム脂質二重膜中の粘度の回転緩和時間からの見積もり

以芘为发色团的荧光磷脂中荧光各向异性的皮秒时间分辨测量 - 根据旋转弛豫时间估算 DMPC 脂质体脂质双层中的粘度

• 发表时间: 2013
• 作者: 野嶋優妃;加納大輔;中村浩之;岩田耕一
• 通讯作者: 岩田耕一

リポソーム脂質二重膜中のエネルギー移動特性のゲル相と液晶相による違い：六種類のリン脂質についてのピコ秒時間分解ラマン分光法による評価

凝胶相和液晶相之间脂质体脂质双层能量传递特性的差异：使用皮秒时间分辨拉曼光谱评估六种磷脂

• 作者: L. Hedin;M. Tashiro;P. Linusson;J.H.D. Eland;M. Ehara;K. Ueda;V. Zhaunerchyk;L. Karlsson;R. Feifel;野嶋 優妃，高屋 智久，岩田 耕一
• 通讯作者: 野嶋 優妃，高屋 智久，岩田 耕一