メゾスコピック生体系レーザー光誘起電子移動過程の解析と応用

激光光致电子转移过程在介观生物系统中的分析及应用

基本信息

批准号：
05J09636
负责人：
田仲真紀子
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05J09636/
关键词：
電子移動 DNA ポルフィリンダイマー電荷分離状態 NAD^+類縁体 NADH 活性酸素種 DNA切断

项目摘要

生体内の最重要分子であるDNAはフリーラジカルや酸化剤などにより損傷を受け、この損傷が癌や老化の原因となっていると考えられている。そのためこのDNA損傷メカニズムの解明は、病気の治療法や予防の観点からも重要である。一方でDNA内の電子移動反応についてはBartonらによって長距離電子移動の観測が報告されたことにより、その可能性について数多くの研究がなされているが、未がに分かっていない基本的な電子移動特性も多い。そこで本研究ではまず、生体内の重要な補酵素であるNADHに、近紫外線領域の光を照射することにで発生する活性酸素種によってDNAが損傷される過程の、これまで解明されていなかったメカニズムについて検討した。その結果、ラジカル連鎖反応による活性酸素種の発生とそのDNA切断に関わる種の同定など、詳細を明らかにすることができた。また、嫌気条件下でNADHに光照射した場合には、酸素存在下よりも効率的にDNAが還元的に損傷されることを見いだし、生体内物質との光誘起分子間電子移動反応によってDNAが還元的に損傷されることをはじめて明らかにした。さらにこのNADHの酸化型であるNAD^+の類縁体をDNAに挿入し、このNAD^+類縁体を電子アクセプター、DNAの主溝に結合するルテニウム錯体を電子ドナーとして用いて、DNA反応場中での分子間、分子内の光誘起電子移動特性について検討を行った。またその結果をふまえてDNAと同様にπスタックしたポルフィリンダイマー中にNAD^+類縁体であるアクリジニウムイオンを挿入することによってπ錯体を形成させ、πスタック中での光誘起電子移動特性について詳細に検討しその非常に長寿命の電荷分離状態を検出した。このような本研究の成果は、今後の医療および新しいナノマテリアル開発への応用展開をはかる上で、基盤となる重要なものであると言える。

DNA 是生物体中最重要的分子，会受到自由基和氧化剂的损害，这种损害被认为是癌症和衰老的原因。因此，从疾病治疗和预防的角度阐明这种DNA损伤机制具有重要意义。另一方面，关于DNA中的电子转移反应，Barton等人报道了长距离电子转移的观察，尽管已经对长距离电子转移的可能性进行了许多研究，但基本的电子转移仍然存在。还具有很多不为人知的特点。因此，在本研究中，我们首先对生物体中重要的辅酶NADH受到近紫外线区域的光照射时产生的活性氧损伤DNA的此前未知的过程进行了探讨。结果，我们能够澄清一些细节，例如通过自由基链式反应产生活性氧以及鉴定参与 DNA 切割的物种。此外，我们还发现，当在厌氧条件下用光照射NADH时，DNA被还原性损伤比在氧气存在下更有效，并且DNA通过光诱导的与生物物质的分子间电子转移反应而被损伤。第一次它被还原损坏。此外，将NADH的氧化形式NAD^+类似物插入DNA中，并将该NAD^+类似物用作电子受体，并使用与DNA大沟结合的钌络合物作为电子受体。我们研究了分子之间和分子内光致电子转移的特性。基于这些结果，我们通过将NAD^+类似物吖啶离子插入类似于DNA的π堆叠卟啉二聚体中形成π复合物，并详细研究了π堆叠结构中的光诱导电子转移特性。研究并检测到其极长寿命的电荷分离状态。这项研究成果可以说是未来在医疗保健中的应用以及新型纳米材料的开发的重要基础。