電子スピン分極プローブによる一重項酸素の蛋白質内挙動の研究

使用电子自旋极化探针研究蛋白质中单线态氧的行为

• 批准号: 13740327
• 负责人: 河合 明雄
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13740327/
• 关键词: 電子スピン分極; 時間分解ESR; FT-ESR; 一重項酸素; タンパク質; トリプトファン; ニトロキシド; 励起消光; 蛋白質; ESR; 励起状態

第2年度は、1 スピン分極発生機構、2 蛋白質構造変化測定法開発を目指したアミノ酸-ラジカル系のスピン分極発生、の2点について研究した。1 一重項酸素-ラジカル系でのスピン分極発生効率は、測定感度を決める重要因子である。従って、様々なラジカルと一重項酸素の系でのスピン分極発生効率を、時間分解ESR法で測定した。ラジカルとして、TEMPO、Galvinoxyl、DPPH、Verydazyl、PTIOを用いたところ、TEMPOやPTIOのようなニトロキシドラジカルでは効率が良く、DPPHやVerdazylのような大きなπ電子系を持つラジカルでは効率が悪いことがわかった。スピン分極の理論的考察から、後者のラジカルでは酸素-ラジカル衝突対の電子交換相互作用が小さいために効率が小さくなり、前者では交換相互作用が大きいために発生効率が大きくなることが示唆された。またTEMPOやPTIOの一重項酸素消光速度定数を見積もったところ、その値は一重項酸素寿命に影響を与えない程度に小さかった。これらから、ニトロキシド系ラジカルがモニタ用ラジカルとして優れていることが結論された。2 トリプトファンは蛋白質内のアミノ酸残基の中で比較的長い波長のUV光を吸収するため、UVレーザーによる励起が容易である。トリプトファンを励起してニトロキシドにスピン分担を発生させれば、蛋白質折れたたみ構造の変化によってトリプトファンの位畳が蛋白質表面や内部に移る過程をスピン分極強度変化でモニタできる。このような検出法の開発を目指し、水中でのトリプトファン-TEMPO系のスピン分極発生強度や発生時間スケールをFT-ESR法で調べた。スピン分極は十分測定可能な程度発生し、またその信号は数百ナノ秒で発生消失した。従って、この程度の時間分解能で蛋白質折れたたみ構造変化を検出可能であると結論した。

第二年，我们研究了两点：1.自旋极化产生机制，2.氨基酸自由基系统中自旋极化的产生，旨在开发一种测量蛋白质结构变化的方法。 1 单线态氧自由基体系中的自旋极化产生效率是决定测量灵敏度的重要因素。因此，我们使用时间分辨ESR方法测量了各种自由基和单线态氧系统中的自旋极化产生效率。当我们使用TEMPO、Galvinoxyl、DPPH、Verydazyl和PTIO作为自由基时，我们发现氮氧自由基如TEMPO和PTIO具有良好的效率，而具有大π电子体系的自由基如DPPH和Verdazyl效率较差。自旋极化的理论考虑表明，由于氧自由基碰撞对的电子交换相互作用较小，后者自由基的效率较低，而由于交换相互作用较大，前者的产生效率较高。此外，当我们估计 TEMPO 和 PTIO 的单线态氧猝灭速率常数时，该值足够小，不会影响单线态氧寿命。从这些结果可以得出结论，硝基氧自由基作为监测自由基是优异的。 2 色氨酸在蛋白质的氨基酸残基中吸收波长相对较长的紫外光，因此很容易用紫外激光激发。通过激发色氨酸并与硝基氧共享自旋，可以根据自旋极化强度的变化来监测由于蛋白质折叠结构的变化而导致色氨酸位置移动到蛋白质表面或内部的过程。为了开发这样的检测方法，我们使用 FT-ESR 方法研究了水中色氨酸-TEMPO 系统中自旋极化发生的强度和时间尺度。自旋极化发生到足以测量的程度，并且信号在几百纳秒内出现和消失。因此，我们得出的结论是，用这种时间分辨率水平检测蛋白质折叠结构的变化是可能的。

项目成果

A.Kawai et al.: "Competition between exciplex formation and hydrogen abstraction reaction in benzophenone/1,4-cyclohexadiene binary clusters"Chemical Physics Letters. 362. 397-402 (2002)

A.Kawai 等人：“二苯甲酮/1,4-环己二烯二元簇中激基复合物形成和夺氢反应之间的竞争”《化学物理快报》。

A.Kawai et al.: "Time resolved ESR study on energy difference of quartet and doublet states in radical-triplet encounter pairs"Molecular Physics. 100. 1225-1234 (2002)

A.Kawai 等人：“自由基-三重态相遇对中四重态和二重态能量差异的时间分辨 ESR 研究”分子物理学。

A.Kawai et al.: "Energy Separation Between Quartet and Doublet Spin States of Radical-Triplet Encounter Pairs ; Unusual Ferromagnetic Interaction in 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl and Triplet Coronene Pair"Journal of Physical Chemistry, A. 106. 12305-12314

A.Kawai 等人：“自由基-三重态相遇对的四重态和双重态自旋态之间的能量分离；1,1-二苯基-2-三硝苯肼和三重态晕苯对中不寻常的铁磁相互作用”物理化学杂志，A.106。

A.Kawai et al.: "Control of ferromagnetic and antiferromagnetic couplings in a galvinoxyl-triplet chrysene encounter complex through solvent polarity"Chemical Physics Letters. (印刷中). (2003)

A. Kawai 等人：“通过溶剂极性控制加尔万氧基三重态化合物中的铁磁和反铁磁耦合”《化学物理快报》（出版中）。

A.Kawai, et al.: "Time resolved ESR study on energy difference of quartet and doublet states in radical-triplet encounter pairs"Molecular Physics. (印刷中). (2002)

A. Kawai 等人：“自由基-三重态相遇对中四重态和双重态能量差异的时间解析 ESR 研究”（出版中）。