Molecular and kinetic studies on bio-reactions by using ultrafast surface microscopic vibrational spectroscopy

• Project/Area Number: 19750054
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Analytical chemistry
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: NOGUCHI Hidenori Hokkaido University, 大学院理学研究院, 助教授 (60374188)
• Project Period (FY): 2007 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥3,790,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2008: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2007: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
• Keywords: 界面水 / 生体分子 / 表面和周波分光 / 振動分光 / 和周波発生分光法 / 超高速分光 / カルモジュリン / 超高速

Research Abstract

本研究は、タンパク質等の生体分子が実際に生きて存在する水環境下での生体分子周辺の水の構造および水との間に働く相互作用(水素結合など)をリアルタイムで追跡することで、タンパク質の構造と機能発現におよぼす水の影響について速度・分子論的に解明することを目的としている。二次の非線形光学現象にもとづく和周波発生(SFG)分光法は、反転対称性の欠如をもつ界面(表面)のみの情報を選択的に得ることが可能な振動分光法であり、特に固体/液体および液体/液体界面の水のプローブには従来の分光法と異なりバルクの水の影響を考える必要がないため、SFG 分光法が適している。本研究では、カルシウム受容性タンパク質のひとつであるカルモジュリン(CaM)を固体基板上へ固定化させるほ法を確立し、カルシウムイオン存在下でのタンパクの構造変化に伴う周囲の水の構造およびCaM 自身の構造変化を界面振動分光法により評価した。CaM がカルシウムイオンと結合することでCaM 周囲に配向していた水分子の水素結合性が弱くなることを示唆する結果が得られた。これは、CaM の疎水性部位の露出により水分子の配向性が乱れたことに起因するものと考えている。同様な測定をマグネシウム存在下でも行ったが、マグネシウムイオンの添加による界面水の構造変化は観測されなかった。以上の結果から、今回観測された結果はカルシウムイオンとの結合によって引き起こされたCaM の構造変化によるものであることが明らかとなった。交付額

Research Products

• [Journal Article] Metal Cation-Induced Formation of DNA Self-Assembled Monolayers on Silicon: Vibrational Sum Frequency Generation Spectroscopy (2008)
  • Author(s): Hidehiko Asanuma, Hidenori Noguchi, Kohei Uosaki, and Hua-Zhong Yu
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. 130(25) Pages: 8016-8022
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] SFG study on potential dependent structure of water at Pt electrode/electrolyte solution interface (2008)
  • Author(s): Hidenori Noguchi, Tsubasa Okada, and Kohei Uosaki
  • Journal Title: Electrochim. Acta 53(23) Pages: 6841-6844
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Interfacial water structure at polymer gel/quartz interfaces investigated by sum frequency generation spectroscopy (2008)
  • Author(s): Hidenori Noguchi, Minowa Hiroshi, Taiki Tominaga, Jian Ping Gong, Yoshihito Osada and Kohei Uosaki
  • Journal Title: Phys. Chem. Chem. Phys. 10(32) Pages: 4987-4993
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular structure at electrode/electrolyte solution interfaces related to electrocatalysis (2008)
  • Author(s): Hidenori Noguchi, Tsubasa Okada, and Kohei Uosaki
  • Journal Title: Faraday Discuss. 140(1) Pages: 125-137
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Metal Cation-Induced Formation of DNA Self-Assembled Monolayers on Silicon : Vibrational Sum Frequency Generation Spectroscopy (2008)
  • Author(s): Hidehiko Asanuma
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc 130 Pages: 8016-8022
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] SFG study on potential dependent structure of water at Pt electrode/electr olyte solution interface (2008)
  • Author(s): Hidenori Noguchi
  • Journal Title: Electrochim. Acta 53 Pages: 6841-6844
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Interfacial water structure at polymer gel/quartz interfaces investigated by sum frequency generation spectroscopy (2008)
  • Author(s): Hidenori Noguchi
  • Journal Title: Phys. Chem. Chem. Phys 10 Pages: 4987-4993
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 電気化学ブロードバンドSFG 分光法によるアルカリ溶液中でのCO 酸化反応のその場追跡 (2009)
  • Author(s): 野口秀典、石丸剛士、魚崎浩平
  • Organizer: 日本化学会第89 回春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学船橋
  • Year and Date: 2009-03-28
• [Presentation] 赤外分光法による金基板上に固定化したCalmodulin の構造・機能評価 (2009)
  • Author(s): 野口秀典、安達龍彦、中富晶子、矢澤道生、魚崎浩平
  • Organizer: 日本化学会第89 回春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学船橋
  • Year and Date: 2009-03-28
• [Presentation] 界面(光)機能とダイナミクスに関する研究 (2009)
  • Author(s): 野口秀典
  • Organizer: 化学系学協会北海道支部2009 年冬季研究発表会
  • Place of Presentation: 北海道大学札幌
  • Year and Date: 2009-02-03
• [Presentation] 和周波数発生分光法による電極/溶液界面構造のその場追跡 (2008)
  • Author(s): 野口秀典、岡田翼、魚崎浩平
  • Organizer: 第28 回表面科学学術講演会
  • Place of Presentation: 早稲田大学東京
  • Year and Date: 2008-11-14
• [Presentation] 和周波発生分光法による電極/溶液界面構造のその場追跡 (2008)
  • Author(s): 野口秀典
  • Organizer: 日本表面科学会
  • Place of Presentation: 早稲田大学
  • Year and Date: 2008-11-14
• [Presentation] 赤外分光法による固体基板上に固定化したCalmodulin の構造機能評価 (2008)
  • Author(s): 野口秀典、安達龍彦、中富晶子、矢澤道生、魚崎浩平
  • Organizer: 第2回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場福岡
  • Year and Date: 2008-09-25
• [Presentation] 赤外分光法による固体基板上に固定化したCalmodurin の構造機能評価 (2008)
  • Author(s): 野口秀典、安達龍彦、中富晶子、矢澤道生、魚崎浩平
  • Organizer: 第61 回コロイドおよび界面化学討論会
  • Place of Presentation: 九州大学福岡
  • Year and Date: 2008-09-07
• [Presentation] 和周波発生分光法による金属/電解質溶液界面の水の構造評価 (2008)
  • Author(s): 野口秀典、岡田翼、魚崎浩平
  • Organizer: 日本化学会北海道支部夏季研究発表会
  • Place of Presentation: 北見工業大学北見
  • Year and Date: 2008-07-19
• [Presentation] Molecular structure at electrode/electrolyte solution interfaces related to electrocatalysis (2008)
  • Author(s): Hidenori Noguchi, Tsubasa Okada and Kohei Uosaki
  • Organizer: Faraday Discussion 140: Electrocatalysis-Theory and Experiment at the Interface
  • Place of Presentation: Southampton Univ. United Kingdom
  • Year and Date: 2008-07-08
• [Presentation] 和周波発生分光法による温度応答性ポリマーの構造評価 (2008)
  • Author(s): 野口秀典、脇悠介、魚崎浩平
  • Organizer: 日本化学会第88 回春季年会
  • Place of Presentation: 立教大学東京
  • Year and Date: 2008-03-29
• [Presentation] 和周波発生(SFG)分光法によるタンパク質周囲の水の構造評価 (2007)
  • Author(s): 安達龍彦
  • Organizer: 第60回コロイドおよび界面化学討論会
  • Place of Presentation: 信州大学(松本)
  • Year and Date: 2007-09-20