リン脂質膜の階層構造と相転移

• 研究課題/領域番号: 17540382
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物物理・化学物理
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 瀬戸 秀紀 京都大学, 大学院・理学研究科, 准教授 (60216546)
• 研究分担者: 吉川 研一 京都大学, 大学院・理学研究科, 教授 (80110823) ; 北畑 裕之 京都大学, 大学院・理学研究科, 助教 (20378532)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2007
• 研究課題ステータス: 完了 (2007年度)
• 配分額: 3,810千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 210千円); 2007年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2006年度: 700千円 (直接経費: 700千円); 2005年度: 2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
• キーワード: 両親媒性分子膜 / リン脂質膜 / 巨大ベシクル / 剥離転移 / X線小角散乱 / 異常膨潤 / 中性子スピンエコー法 / 曲げ弾性係数 / リン脂質 / 中性子スピンエコー / ラメラ-ラメラ相分離 / ベシクル / 静置水和法 / 時分割X線小角散乱 / AFM / 位相差顕微鏡 / unbinding転移

研究概要

生体膜の基本構成物質であるリン脂質は、水中で疎水基を内側に挟んだ二重層膜を形成する。そして生体内では二重層膜単層のμm程度の大きさの小胞(巨大ベシクル)を形成し、細胞などの小器官となる。一方合成リン脂質を水と混合すると、繰り返し周期が60Å程度の多重層膜を形成し、自発的に単層の巨大ベシクルを作ることはない。従ってリン脂質が巨大ベシクルを形成する要因を明らかにすることは、生命現象を解明する上で、あるいはソフトマターの自己組織化を明らかにする上で重要である。
そこで本研究では、合成リン脂質から巨大ベシクルを形成する方法として知られている「静置水和法」に着目し、その機構を解明することによってリン脂質の自己組織化の要因を明らかにすることを目的として研究を行った。
前年度までの研究に引き続き、我々はリン脂質の乾燥膜が水和してベシクルが形成される過程を、時分割X線小角散乱装置により調べた。これによると室温で液晶相にあるリン脂質DOPCは、水和から数秒以内にリン脂質乾燥膜の膜間が数Å増大し、いったん準安定状態に落ち着いてから徐々に膜がはがれていく事が分かった。そしてこの過程を剥離転移であると考えて、遷移確率から自由エネルギーの形状を推定した。これにより、乾燥膜からのベシクルの形成は最外層の膜のみに関しての有効立体斥力が数%増大するだけで起こりうる、と言うことを示した。
続いて我々は、温度低下により液晶相からゲル相に転移する「主転移点」の直上で見られる「異常膨潤」の現象に着目し、その要因を中性子スピンエコー法により調べた。その結果、異常膨潤領域ではこれまで考えられていたようなリン脂質膜の軟化が起きるのではなく、むしろ曲げ弾性係数が大きくなるとの結果が得られた。これにより、異常膨潤は膜の熱揺らぎによる立体反発によって起きるのではなく、静的な乱れの増大が主要因である事が分かった。

研究成果

• [雑誌論文] Hydration process of multi-stacked phospholipid bilayers to form giant vesicles (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Hishida, H. Seto, N. L. Yamada, and K. Yoshikawa
  • 雑誌名: Chemical Physics Letters 455 ページ: 297-302
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bending modulus of lipid bilayers in liquid-crystalline phase including anomalous swelling regime estimated by NSE experiments (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Seto, N. L. Yamada, M. Nagao, M. Hishida, and T. Takeda
  • 雑誌名: The European Physical Journal E-Soft Matter (印刷中)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydration process of multi-stacked phospholipid bilayers to form giant vesicles (2008)
  • 著者名/発表者名: M., Hishida, H., Seto, N.L., Yamada, K., Yoshikawa
  • 雑誌名: Chemical Physics Letters 455 ページ: 297-302
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Development of □ and π/2 flippers for a neutron spin echo spectrometer (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Takeda, N. L. Yamada, K. Katou, M. Nagao, H. Seto, Y. Kawabata, M. Takeda, and N. Torikai
  • 雑誌名: Journal of Neutron Research 15 ページ: 83-89
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mesoscopic structure in near-critical mixtures of D_2O and 3-Methylpyridine with salts (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Sadakane, H. Seto, H. Endo, and M. Kojima
  • 雑誌名: Journal of Applied Crystallography 40
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strucutural Changes of Dipalmitoyl Phosphatidylcholine Aqueous Solution Induced by Temperature, Pressure, and Adding Ethanol (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Seto, M. Hishida, H. Nobutou, N. L. Yamada, M. Nagao, and T. Takeda
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 76
  • NAID: 130005296891
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interaction between droplets in a ternary microemulsion evaluated by the relative form factor method (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Nagao, H. Seto, and N. L. Yamada
  • 雑誌名: Physical Review E 75 ページ: 61401-61401
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pressure Effects on Bending Elasticities of Surfactant Monolayers in a Ternary Microemulsion of AOT/D_2O/decane (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Kawabata, H. Seto, M. Nagao, and T. Takeda
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 127
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unbinding of lipid bilayers induced by osmotic pressure in relation to unilamellar vesicle formation (2007)
  • 著者名/発表者名: N. L. Yamada, M. Hishida, H. Seto, K. Tsumoto, and T. Yoshimura
  • 雑誌名: Europhysics Letters 80
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Periodic Structure in a Mixture of D_2O/3-Methylpyridine/NaBPh_4 induced by Solvation Effect (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Sadakane, H. Seto, H. Endo, and M. Shibayama
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 76
  • NAID: 110006530719
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Blebbing dynamics in a oil-water-surfactant system through the generation and the destruction of a gel-like structure (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Sumino, H. Kitahata, H. Seto, and K. Yoshikawa
  • 雑誌名: Physical Review E 76
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of and π/2 flippers for a neutron spin echo spectrometer (2007)
  • 著者名/発表者名: T., Takeda, N.L., Yamada, K., Katou, M., Nagao, H., Seto, Y., Kawabata, M., Takeda, N., Torikai
  • 雑誌名: Journal of Neutron Research 15 ページ: 83-89
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Mesoscopic structure in near-critical mixtures of D_2O and 3-Methylpyridine with salts (2007)
  • 著者名/発表者名: K., Sadakane, H., Seto, H., Endo, M., Kojima
  • 雑誌名: Journal of Applied Crystallography 40 ページ: 527-531
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Strucutural Changes of Dipalmitoyl Phosphatidylcholine Aqueous Solution Induced by Temperature, Pressure, and Adding Ethanol (2007)
  • 著者名/発表者名: H., Seto, M., Hishida, H., Nobutou, N.L., Yamada, M., Nagao, T., Takeda
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 76, 5
  • NAID: 130005296891
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Interaction between droplets in a ternary microemulsion evaluated by the relative form factor method (2007)
  • 著者名/発表者名: M., Nagao, H., Seto, N.L., Yamada
  • 雑誌名: Physical Review E 75
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Pressure Effects on Bending Elasticities of Surfactant Monolayers in a Ternary Microemulsion of AOT / D_2O / decane (2007)
  • 著者名/発表者名: Y., Kawabata, H., Seto, M., Nagao, T., Takeda
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 127
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Unbinding of lipid bilayers induced by osmotic pressure in relation to unilamellar vesicle formation (2007)
  • 著者名/発表者名: N.L., Yamada, M., Hishida, H., Seto, K., Tsumoto, T., Yoshimura
  • 雑誌名: Europhysics Letters 80
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A Periodic Structure in a Mixture of D_2O/3-Methylpyridine/NaBPh_4 induced by Solvation Effect (2007)
  • 著者名/発表者名: K., Sadakane, H., Seto, H., Endo, M., Shibayama
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 76
  • NAID: 110006530719
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Blebbing dynamics in a oil-water-surfactant system through the generation and the destruction of a gel-like structure (2007)
  • 著者名/発表者名: Y., Sumino, H., Kitahata, H., Seto, K., Yoshikawa
  • 雑誌名: Physical Review E 76
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Development of p and π/2 flippers for a neutron spinecho spectrometer (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Takeda, N.L. Yamada, K. Katou, M. Nagao, H. Seto, Y.
  • 雑誌名: Journal of Neutron Research 15 ページ: 83-89
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mesoscopic structure in near-critical mixtures of D20 and 3-Methylpyridine with salts (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Sadakane, H. Seto, H. Endo, and M. Kojima
  • 雑誌名: Journal of Applied Crystallography 40
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strucutural Changes of Dipalmitoyl Phosphatidylcholine Aqueous Solution Induced by Temperature, Pressure, and (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Seto, M. Hishida, H. Nobutou, N.L. Yamada, M. Nagao, and T.
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 76
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interaction between droplets in a ternary microemulsion evaluated by the relative form factor method (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Nagao, H. Seto, and N.L. Yamada
  • 雑誌名: Physical Review E 75
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pressure Effects on Bending Elasticities of Surfactant Monolayers in a Ternary Microemulsion of AOT/D20/ (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Kawabata, H. Seto, M. Nagao, and T. Takeda
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 127
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unbinding of lipid bilayers induced by osmotic pressure in relation to unilamellar vesicle formation (2007)
  • 著者名/発表者名: N.L. Yamada, M. Hishida, H. Seto, K. Tsumoto, and T.
  • 雑誌名: Europhysics Letters 80
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Periodic Structure in a Mixture of D20/3-Methylpyridine/NaBPh4 induced by Solvation Effect (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Sadakane, H. Seto, H. Endo, and M. Shibayama
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 76
  • 査読あり
• [雑誌論文] Blebbing dynamics in a oil-water-surfactant system through the generation and the destruction of a gel-like (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Sumino, H. Kitahata, H. Seto, and K. Yoshikawa
  • 雑誌名: Physical Review E 76
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydration process of multi-stacked phospholipid bilayers to form giant vesicles (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Hishida, H. Seto, N.L. Yamada, and K. Yoshikawa
  • 雑誌名: Chemical Physics Letters 455 ページ: 297-302
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stacking structures of dry phospholipid films on a solid substrate (2006)
  • 著者名/発表者名: M. Hishida, H. Seto, P. Kaewaisa, H. Matsuoka, and K. Yoshikawa
  • 雑誌名: Colloid and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 284-285 ページ: 444-447
  • NAID: 120000896362
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stacking structures of dry phospholipid films on a solid substrate (2006)
  • 著者名/発表者名: M., Hishida, H., Seto, P., Kaewaisa, H., Matsuoka, K., Yoshikawa
  • 雑誌名: Colloid and Surfaces A : Physicochemical and Engineering Aspects 284-285 ページ: 444-447
  • NAID: 120000896362
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Pressure-dependence of the bending modulus of surfactant monolavers in ternary microemulsion systems observed by (2006)
  • 著者名/発表者名: H.Seto, M.Nagao, Y.Kawabata
  • 雑誌名: Colloid and Surfaces A : Physicochemical and Engineering Aspects 284-285 ページ: 430-433
• [雑誌論文] Stacking structures of dry phospholipid films on a solid substrate (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Hishida, H.Seto, P.Kaewaisa, H.Matsuoka, K.Yoshikawa
  • 雑誌名: Colloid and Surfaces A : Physicochemical and Engineering Aspects 284-285 ページ: 444-447
  • NAID: 120000896362
• [雑誌論文] Long-range periodic structure induced by coupling of the solvation effect and concentration fluctuation in water (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Sadakane, H.Seto, M.Nagao
  • 雑誌名: Chemical Physics Letters 426 ページ: 61-65
• [雑誌論文] Dynamic and static fluctuations in polymer gels studied by neutron spin-echo (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Kanaya, N.Takahashi, K.Nishida, H.Seto, M.Nagao
  • 雑誌名: Physica B 385-386 ページ: 676-681
• [雑誌論文] 両親媒性分子膜系のナノスケール構造とダイナミクス (2006)
  • 著者名/発表者名: 瀬戸秀紀, 長尾道弘, 川端庸平
  • 雑誌名: 放射光 19・No. 6 ページ: 408-417
• [雑誌論文] Pressure effect on semi-microscopic structures in a nonionic microemulsion (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Nagao, H.Seto, M.Shibayama, T.Takeda
  • 雑誌名: Physica B 385-386 ページ: 783-786
• [雑誌論文] Effect of confinement on membrane undulation in a swollen lamellar phase (2005)
  • 著者名/発表者名: N. L. Yamada, T. Takeda, K. Kato, M. Nagao, and H. Seto
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 74 ページ: 875-877
  • NAID: 110001979461
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Smooth/rough layering in liquid-crystalline/gel state of dry phospholipid film, in relation to its ability to generate giant vesicles (2005)
  • 著者名/発表者名: M. Hishida, H. Seto, and K. Yoshikawa
  • 雑誌名: Chemical Physics Letters 411 ページ: 267-272
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] SAXS, SANS and NSE studies on the "unbound state" in the DPPC/water/CaC12 system (2005)
  • 著者名/発表者名: N. L. Yamada, H. Seto, T. Takeda, M. Nagao, Y. Kawabata and K. Inoue
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 74 ページ: 2853-2859
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of confinement on membrane undulation in a swollen lamellar phase (2005)
  • 著者名/発表者名: N.L., Yamada, T., Takeda, K., Kato, M., Nagao, H., Seto
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 74 ページ: 875-877
  • NAID: 110001979461
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Smooth / rough layering in liquid-crystalline / gel state of dry phospholipid film, in relation to its ability to generate giant vesicles (2005)
  • 著者名/発表者名: M., Hishida, H., Seto, K., Yoshikawa
  • 雑誌名: Chemical Physics Letters 411 ページ: 267-272
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] SAXS, SANS and NSE studies on the "unbound state" in the DPPC/water/CaCl2 system (2005)
  • 著者名/発表者名: N.L., Yamada, H., Seth, T., Takeda, M., Nagao, Y., Kawabata, K., Inoue
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 74 ページ: 2853-2859
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Effect of confinement on membrane undulation in a swollen lamellar phase (2005)
  • 著者名/発表者名: N.L.Yamada, T.Takeda, K.Kato, M.Nagao, H.Seto
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 74 ページ: 875-877
  • NAID: 110001979461
• [雑誌論文] Concentration Fluctuations and Cluster Dynamics of 2-Butoxyetahnol-Water Mixtures by Small-angle Neutron Scattering and Neutron Spin Echo Techniques (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Yoshida, T.Yamaguchi, T.Otomo, M.Nagao, H.Seto, T.Takeda
  • 雑誌名: Journal of Molecular Liquid 119 ページ: 125-131
• [雑誌論文] Smooth / rough layering in liquid-crystalline/gel state of dry phospholipid film, in relation to its ability to generate giant vesicles (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Hishida, H.Seto, Y.Yoshikawa
  • 雑誌名: Chemical Physics Letters 411 ページ: 267-272
• [雑誌論文] Pressure-induced hexagonal phase in a ternary microemulsion system composed of a non-ionic surfactant, water, and oil (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Nagao, H.Seto, D.Ihara, M.Shibayama, T.Takeda
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 123 ページ: 54705-54705
• [雑誌論文] SAXS, SANS and NSE studies on the "unbound state" in the DPPC/water/CaCl_2 system (2005)
  • 著者名/発表者名: N.L.Yamada, H.Seto, T.Takeda, M.Nagao, Y.Kawabata, K.Inoue
  • 雑誌名: Journal of Physical Society of Japan 74 ページ: 2853-2859
  • NAID: 110002250659
• [雑誌論文] Bending modulus of lipid bilayers in liquid-crystalline phase including anomalous swelling regime estimated by NSE experiments
  • 著者名/発表者名: H., Seto, N.L., Yamada, M., Nagao, M., Hishida, T., Takeda
  • 雑誌名: The European Physical Journal E-Soft Matter (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Neutron Scattering on Soft Condensed Matters (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Seto
  • 学会等名: India-Japan Workshop on Quantum Beam Science
  • 発表場所: Kolkata, India
  • 年月日: 2008-03-11
• [学会発表] Long Period Structure in a Mixture of D2O/3-Methylpyridine/NaBPh4 induced by Solvation Effect (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Seto
  • 学会等名: Korea-Japan Meeting on Neutron Scattering
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2008-02-19
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Long Period Structure in a Mixture of D20/3-Methylpyridine/NaBPh4 induced by Solvation Effect (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Seto
  • 学会等名: Korea-Japan Meeting on Neutron Scattering
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2008-02-19
• [学会発表] Experimental evidence of hardening of lipid bilayers in the anomalous swelling regime (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Seto
  • 学会等名: The Second Japan-Taiwan Workshop on Neutron Scattering of Bio-materials, Soft-Matters and Nano-materials
  • 発表場所: Wulai, Taiwan
  • 年月日: 2007-12-06
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Experimental evidence of hardening of lipid bilayers in the anomalous swelling regime (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Seto
  • 学会等名: The Second Japan-Taiwan Workshop on Neutron Scattering of Bio-materials, Soft-Matters and
  • 発表場所: Wulai, Taiwan
  • 年月日: 2007-12-06
• [学会発表] Bending rigidity of lipid bilayers in the anomalous swelling regime detemined by neutron spin echo (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Seto
  • 学会等名: International Soft Matter Conference 2007
  • 発表場所: Aachen, Germany
  • 年月日: 2007-10-01
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Bending rigidity of lipid bilayers in the anomalousswelling regime detemined by neutron spin echo (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Seto
  • 学会等名: International Soft Matter Conference 2007
  • 発表場所: Aachen, Germany
  • 年月日: 2007-10-01
• [学会発表] ソフトマターの非平衡秩序〜物質から生命現象の理解へ (2007)
  • 著者名/発表者名: 瀬戸秀紀
  • 学会等名: 新化学発展協会・先端化学技術部会講演会
  • 発表場所: 東京大学山上会館
  • 年月日: 2007-08-22
• [学会発表] Experimental evidence of hardening of lipid bilayers in the anomalous swelling regime (2007)
  • 著者名/発表者名: H., Seto
  • 学会等名: The Second Japan-Taiwan Workshop on Neutron-Scattering of Bio-materials, Soft-Matters and Nano-materials
  • 発表場所: Wulai, Taiwan
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [備考] 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • URL: http://www.chem.scphys.kyoto-u.ac.jp/nonnonWWW/seto/works-j.html