冷却イオン分光によるイオン選択性分子に対する微視的水和効果の解明

使用冷却离子光谱阐明离子选择性分子的微观水合效应

基本信息

批准号：
21H04674
负责人：
石内俊一
金额：
$ 27.12万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

イオンチャネルやイオノフォア，あるいはクラウンエーテールなどのイオン選択性分子は，一般には，周囲に水分子が存在しないとイオン選択性を示さない。本研究は，水和を分子レベルで制御可能な冷却イオン分光を用いて，イオン選択性に対する微視的水和効果の解明を目指している。本年度は以下の項目を実施した。1)装置改良　2重共鳴分光により異性体選別したスペクトルを測定するには，２つのレーザー光を照射する間で質量分析する必要がある。そこで，リフレクトロン型飛行時間質量分析装置を開発した。1本目のレーザーは冷却イオントラップに導入し，その後，リフレクトロン１段目にイオンを飛行させ質量分析を行う。ここに2本目のレーザーを導入して，生じたフラグメントをリフレクトロン２段目で質量分析する。２本目のレーザーを照射する前に新規に設計・製作した高分解能質量ゲートを設置し，１本目のレーザーで生じたフラグメントを完全除去できるようにした。2)ビューベリシンのアルカリ金属イオン錯体の研究　イオノフォアであるビューベリシンのイオン選択性については，種々の異なる報告が存在し，詳細は確立しておらず，また，そのイオン選択性のメカニズムも明らかになっていない。そこで，アルカリ金属イオンを含む溶液にビューベリシンを添加し生成した錯体量をエレクトロスプレー質量分析法により比較したところ，Na+に対して高い選択性があることが明らかになった。冷却イオントラップに捕捉した錯体の赤外スペクトルを測定により，その構造的な安定性を解明した。3)水和金属イオンを認識するイオンチャネルの研究 Ca2+は水和したままイオンチャネルに取り込まれ，イオン識別される。イオン識別のメカニズムを明らかにするために，Ca2+チャネルの選択フィルタードメインの部分ペプチドと水和金属イオンとの錯体を生成し，赤外分光を用いてその選択メカニズムの解明に着手した。

离子选择性分子，例如离子通道、离子载体和冠醚，通常不表现出离子选择性，除非它们周围存在水分子。本研究旨在利用冷却离子光谱阐明微观水合对离子选择性的影响，从而可以在分子水平上控制水合。今年，我们落实了以下几项工作。 1）设备改进：为了使用双共振光谱法测量异构体选择光谱，需要在两束激光照射之间进行质谱分析。因此，我们开发了反射型飞行时间质谱仪。第一个激光被引入冷却的离子阱，然后离子被发送到反射器的第一级进行质谱分析。这里引入第二激光，并使用第二反射器阶段对所得碎片进行质谱分析。在照射第二束激光之前，安装了新设计和制造的高分辨率质量门，以完全去除第一束激光产生的碎片。 2)白僵菌素碱金属离子配合物的研究白僵菌素作为一种离子载体，其离子选择性有多种不同的报道，但细节尚未确定，其离子选择性的机理也尚未阐明。因此，当将白僵菌素添加到含有碱金属离子的溶液中并使用电喷雾质谱法比较形成的络合物的量时，表明其对Na + 具有高选择性。通过测量在冷却离子阱中捕获的复合物的红外光谱，我们阐明了其结构稳定性。 3) 识别水合金属离子的离子通道研究在识别水合金属离子时，Ca2+被纳入离子通道。为了阐明离子辨别机制，我们在Ca2+通道选择性过滤域的部分肽和水合金属离子之间生成了复合物，并开始使用红外光谱阐明选择机制。