Hydration effect on ion-selectivity of ion channels studied by cold ion trap spectroscopy

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18H01938
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Ishiuchi Shun-ichi 東京工業大学, 理学院化学系, 教授 (40338257)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: イオンチャネル / ペプチド / 質量分析 / レーザー分光法 / 赤外分光法 / 冷却イオン分光法

Outline of Final Research Achievements

To elucidate hydration effects on the ion selectivity of ion channels at molecular level, structural changes of metal ion complexes of a partial peptide which constitutes selectivity filter of the ion channel by hydration were investigated by using infrared spectroscopy measured under ultra cold isolated condition. So far, hydration effects upon the ion selectivity have been argued from the point of view of simple thermo dynamics; which is more stable, binding with the selectivity filter or hydration. In this work, however, it was revealed that the hydration effect affects the ion selectivity more directly and plays a crucial role for it in some case.

Free Research Field

物理化学，分子分光学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では，水和効果がイオンチャネルのイオン選択性に直接的かつ本質的な役割を果たしている可能性があることが示された。金属イオンの高い電荷密度は生体にとってタンパク質の高次構造を破壊する有害なものであり，水和は遮蔽効果により電荷を中和するのに役立っている。イオン選択過程においても，水和のその様な役割は不可欠であるが，それをうまく調整して利用することでイオン選択が達成できているらしい。本研究の結果は，イオンチャネルに関わる基礎的な生物学・化学だけでなく，超分子や創薬などの人工分子の設計にも資する知的基盤を提供するものと期待される。