Elucidation of fluctuation dynamics of chromophore structure in protein by fluorescence detected vibrational spectroscopy

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K14651
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
• Research Institution: Institute for Molecular Science
• Principal Investigator: Yoneda Yusuke 分子科学研究所, 協奏分子システム研究センター, 助教 (60903721)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 単一分子分光 / 蛍光相関分光法 / 光応答性タンパク質 / 振動分光 / 構造ダイナミクス

Outline of Final Research Achievements

This work demonstrated Fourier transform-based fluorescence excitation correlation spectroscopy (FECS) of room-temperature solutions, which can observe spontaneous fluctuation of the excitation spectrum. The method enabled us to measure the fluorescence excitation spectrum of a fluorescent dye at the single molecule level. Furthermore, this method succeeded in obtaining excitation-resolved fluorescence autocorrelation functions in the microsecond to millisecond range.

Free Research Field

物理化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

蛍光相関分光法(FCS)は、凝縮相における単一分子レベルの光子統計の揺らぎを検出することで、分子の拡散や反応過程を明らかにすることのできる手法であり、蛍光強度や寿命に基づいた解析によってナノ秒からマイクロ秒で進行するタンパク質の構造揺らぎが明らかにされてきた。一方で、こうした揺らぎは電子・振動スペクトルにも反映されることが予測されるが、既存の手法ではこれらの相関を捉えることは困難であった。今回我々が開発した新規手法では、励起波長分解した蛍光自己相関関数の測定に成功した。