Elucidating hydration effect on potassium ion selectivity of valinomycin

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K23624
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0501:Physical chemistry, functional solid state chemistry, organic chemistry, polymers, organic materials, biomolecular chemistry, and related fields
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Hirata Keisuke 東京工業大学, 理学院, 助教 (80845777)
• Project Period (FY): 2019-08-30 – 2022-03-31
• Keywords: イオン選択性 / バリノマイシン / 赤外分光法 / 冷却イオントラップ分光法 / 気相分光法

Outline of Final Research Achievements

In this study, to clarify the origin of the potassium selectivity of valinomycin, the molecular structures of valinomycin-metal complexes and their hydrated clusters were investigated by gas-phase infrared spectroscopy. It was found that the highly symmetric conformation of the complex with the high-affinity ion potassium is retained after hydration, whereas the molecular structure is distorted in the complex with the low-affinity sodium by the addition of a single water molecule. This strongly suggests that the hydration effect is an important factor in other molecules that exhibit ion selectivity.

Free Research Field

分子分光学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では，水和効果が分子のイオン選択性に大きな影響を及ぼしていることが示された。これは気相環境下で分子の組成・水分子の個数を精密に規定したことにより初めて示されたものであり、気相赤外分光法の威力を物語っている。精密な分光測定に裏打ちされたイオン選択性の構造論を展開した本研究は、イオン選択性を示す多様な分子の原理を解明するだけでなく、イオン選択性分子の創出にも寄与するものと考えられ、イオン分離や創薬にも展開されることが期待される。