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

基本信息

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

项目摘要

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。

生物膜中发生了许多生化反应，例如光合作用和ATP合成。化学反应的速率受周围化学特性（例如粘度和极性）的影响。因此，为了更好地理解生物膜进展的阳性化学反应，有必要了解脂质双层膜内的化学环境，这是生物膜的主要成分。在这项研究中，使用Picsecond Time Cressonderved Rame光谱法评估了对生化反应进展的脂质双层膜的能量转移特性。跨丝苯封装在脂质体脂质双层内，这是一种生物膜模型。通过测量最低激发单元（S1）状态下的反式曲（S1-TSB）的时间分辨拉曼谱，观察到通过激发光加热的S1-TSB的脂质双层内的冷却过程。据报道，S1-TSB的冷却速率常数与溶剂（例如烷烃和醇）中溶剂的热扩散常数之间存在相关性。通过测量获得的膜中S1-TSB的相关性和冷却速率常数用于估计脂质双层膜的热扩散常数。由于估计脂质双层膜的热扩散常数，据估计，对于液晶相膜的热扩散常数比对于凝胶相膜大。为了进一步考虑脂质双层膜内部的热扩散，使用一维热扩散方程估算了S1-TSB的冷却速率常数。估计表明，随着脂质双层膜的厚度的增加，冷却速率常数的值会降低。像生物膜一样，水中脂质双层膜的热扩散常数是非常重要且基本的物理量。但是，常规方法无法测量水中脂质双层膜的热扩散常数。通过使用Picsecond Time Cromand Raman光谱和S1-TSB，首次确定脂质双层膜的热扩散常数。