生物発光スペクトル絶対定量分光計測とホタル発光色決定機構

生物发光光谱的绝对定量光谱测量和萤火虫发射颜色测定机制

• 批准号: 20654027
• 负责人: 秋山 英文
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-20654027/
• 关键词: 生物発光; ホタル; ルシフェリン; 絶対光量; 計測標準

高い精度で生物化学溶液発光の絶対定量分光計測を行うための技術装置開発を進め、量子収率の評価や、種の異なる生物など様々な発光酵素にまたがった発光スペクトルの直接比較を行えるようにし、古くから関心の的でありながら未だ理解されていない、ホタル生物発光の発光色決定機構の解明に迫ることが本研究の目的である。産業技術総合研究所・光放射標準グループによって国家標準トレーサブル校正が行われたフォトダイオードと、併せてダングステンランプおよび干渉フィルターを用いた光源を用いて校正を行い、0.29%の集光効率と約5.7%の分光器透過率を経てCCD検出器で19フォトン/カウントの絶対感度で生物発光絶対量分光計が行えるようになった。天然北米産ホタルの精製ルシフェラーゼを用いて、ホタル生物発光の量子収率計測のpH依存性と温度依存性の実験を行い、我々自身による過去の測定値41.0±7.4%に近い、47.1±6.5%という値を得た。天然北米産ホタルの精製ルシフェラーゼを用いて、通常のMgの代わりに、Zn、Cd、Ni、Co、Ca、Mnなどの金属イオンを付加したことによるスペクトル変化の定量計測を行った。Ca、Mnでは、Mgの場合と同様に色変化は起きなかったが、Zn、Cd、Ni、Coを添加した場合には、pH依存性の結果と同様に、緑側の発光成分の量のみが金属イオン量に応じて変化し、赤側の発光成分は変化しないという兆候が見られた。また、発光スペクトルが、1.85eV、2.0eV、2.2eVにピークをもつ3つのガウス型ピークに分解する解析が可能であることもわかっているので、発光スペクトルをピーク強度、位置、幅の3つのパラメータとして数値化して整理し、金属イオン依存性を定量的にプロットした。色変化の感度の大小は、Mg、Ca、Mn<Co、Ni<Zn、Cdのような序列に従っていることがはじめて明らかになった。

我们正在开发技术设备，以高精度对生化溶液发光进行绝对定量光谱测量，从而可以评估量子产率并直接比较各种发光酶（例如不同物种的生物体）的发光光谱。研究目的是阐明决定萤火虫生物发光颜色的机制，该机制长期以来一直引起人们的兴趣，但仍不清楚。使用由独立行政法人产业技术综合研究所光辐射标准组进行的国家标准可溯源校准的光电二极管以及使用钨丝灯和干涉滤光片的光源进行校准，集光效率为0.29现在可以使用 CCD 检测器通过 5.7% 的光谱仪透射率以 19 光子/计数的绝对灵敏度进行绝对生物发光光谱测定。使用纯化的天然北美萤火虫荧光素酶，我们对萤火虫生物发光的量子产率测量的pH依赖性和温度依赖性进行了实验，发现其为47.1±6.5%，与我们自己过去测量的41.0±7.4接近获得了该值。我们使用纯化的天然北美萤火虫荧光素酶，定量测量了添加 Zn、Cd、Ni、Co、Ca 和 Mn 等金属离子代替普通 Mg 时引起的光谱变化。对于Ca和Mn，没有像Mg的情况那样发生颜色变化，但是当添加Zn、Cd、Ni和Co时，绿色侧的发光成分的量仅增加，与pH依赖性结果相似。可以看出，发光成分根据金属离子的量而变化，而红色侧发光成分没有变化。我们还知道，可以将发射光谱分析为三个高斯峰，峰值分别为 1.85eV、2.0eV 和 2.2eV。对参数进行数字化和组织，并定量绘制对金属离子的依赖性。首次揭示了颜色变化的敏感性遵循Mg、Ca、Mn<Co、Ni<Zn和Cd等等级。

项目成果

ホタル生物発光の定量計測と校正法開発

萤火虫生物发光的定量测量及校准方法的开发

• 发表时间: 2008
• 作者: Y. Masumoto;T. Suzuki;K. Kawana;and M. Ikezawa;渡辺和彦
• 通讯作者: 渡辺和彦

Color change of firefly bioluminescence in the presence of metal ions.

金属离子存在下萤火虫生物发光的颜色变化。

• 发表时间: 2010
• 作者: 王瑜;渡辺和彦;岡野真人;山田展之;入江勉;久保田英博;秋山英文
• 通讯作者: 秋山英文