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基板支持脂質二分子膜-ペプチド複合系の振動分光学的研究

研究課題

研究課題/領域番号 22K05016
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分32010:基礎物理化学関連
研究機関筑波大学

研究代表者

石橋 孝章  筑波大学, 数理物質系, 教授 (70232337)

研究分担者 近藤 正人  筑波大学, 数理物質系, 助教 (20611221)
野嶋 優妃  筑波大学, 数理物質系, 助教 (90756404)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワード基板支持脂質二分子膜 / 全内部反射ラマン分光 / 振動和周波分光 / 表面・界面 / 振動分光法 / 脂質二分子膜
研究開始時の研究の概要

生体膜のもつ多様な機能は,脂質二分子膜層とそこに含まれている膜タンパク質が担っている.本研究では,そのモデル系として基板支持脂質二分子膜(SLB)-ペプチド複合体を使用し,固体-液体界面を観測するための高感度な振動SFG(VSFG)分光と全内部反射(TIR)ラマン分光を駆使して,膜中の脂質分子とペプチドの配向や分子構造の詳細な情報を得る.また,これまで多くの研究上の蓄積がある固体基板に直接二分子膜を吸着させた接触型SLBに加えて,VSFGやラマン分光による研究例が無い,基板と脂質分子の間にスペーサー分子(水層)を挿入した繋留型SLBの利用も試みる.

研究実績の概要

脂質膜と分子の相互作用に関して,昨年度に引き続き,膜結合性の水溶性の色素である4’-ジヘキシルアミノ-4-スルホアゾベンゼン(DHASA)を対象に,この色素が膜中で示す構造や配向をヘテロダイン検出振動和周波発生(HD-VSFG)分光法で研究した.DHASA色素は、分子内に疎水性のアルキル鎖を持つため,この部位を通して膜と相互作用すると期待される.空気とDHASA水溶液の界面にリン脂質の水上単分子膜を準備し,そのHD-VSFGスペクトルを測定し、1600 cm-1に膜と相互作用したDHASAのVSFGバンドを観測した.さらに,量子化学計算で得られる分子定数を使い,バンド強度の偏光依存性を解析することで,界面における分子配向を推定した.
ラマン分光による基板支持リン脂質二分子膜(Supported Lipid Bilayer: SLB)の研究として,SLBと相互作用した抗微生物ペプチドであるグラミシジンA(gA)のラマンスペクトルを,全内部反射(Total Internal Reflection: TIR)を利用した界面敏感なラマン分光法によって,測定した.SLBと接した水溶液中にgAを添加する手法と,SLB作製時にあらかじめgAを脂質と混合させる手法の二種類の手法で測定を行い,その両手法でCH伸縮振動バンドとアミドIバンドの観測に成功した.このほかに,Langmuir-Blodgett/Langmuir-Schaefer法で作製したSLBに関して,二分子膜の相の作製時の表面圧依存性と温度依存性についても,TIRラマン分光法で検討した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

研究実績の概要に述べたこと以外に,細胞染色用のSHG色素Ap3と脂質単分子膜の相互作用をHD-VSFG分光で進めている.一方,係留型基板支持二分子膜試料の作製に必要な,シリカコートしたフッ化カルシウム基板の作製と評価の作業を進めたが,使用していた蒸着装置(筑波大学の共用装置)に問題が生じ,作製した基板の平坦性がこれまでより著しく悪化するという事態が発生している.現在,この問題の原因究明と解決策の探索を行っている.その点で,研究がやや遅れていると自己評価している.当初の計画を変更し,今後は,係留型でない基板支持二分子膜や水上単分子膜とペプチドや小分子の相互作用に限定して,研究を進めることになる可能性がある.

今後の研究の推進方策

現在までの進捗状況で述べたように,シリカコートしたフッ化カルシウム基板の作製に問題が発生している.問題解決のために,蒸着装置の状況や蒸着条件,蒸着手法の再検討を試みる.もし問題解決が難しい場合は,当初の計画を変更し,今後は,係留型でない基板支持二分子膜や水上単分子膜とペプチドや小分子の相互作用に限定して,研究を進める.HD-VSFG分光による脂質膜と分子との相互作用に研究に関しては,これまで研究を進めてきた脂質膜染色用色素に加え,細胞膜透過性を持つ水溶性ペプチドとの相互作用について研究を進める.また,脂質膜染色用色素についても,測定温度を変更することで膜の相を変化させることが,配向状態にどのように影響を与えるかを検討する.ラマン分光に関しては,現時点で非係留型SLBとの相互作用を,2種類のペプチドに関して観測することに成功しているが,2024年度は環状ペプチドなどに測定対象を広げて研究を進めることも検討している.

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (10件)

  • [雑誌論文] Substituted effects on bonding characteristics of cyclopentane‐1,3‐diyl diradicals monitored by time‐resolved infrared spectroscopy2023

    • 著者名/発表者名
      Masato Kondoh, Shunsuke Kuboki, Hidetaka Kume, Eriku Oda, Manabu Abe*, and Taka-aki Ishibashi*
    • 雑誌名

      Journal of Physical Organic Chemistry

      巻: 37 号: 2

    • DOI

      10.1002/poc.4575

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular Orientations of Myristic Acid Derivatives with Different Perfluoroalkyl Chain Lengths at the Air/Water Interface Evaluated by Heterodyne-Detected Sum Frequency Generation Spectroscopy2023

    • 著者名/発表者名
      Yuki Nojima, Takafumi Shimoaka, Takeshi Hasegawa, Taka-aki Ishibashi*
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 127 号: 25 ページ: 12349-12356

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.3c02636

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photoinduced ring opening and closure reactions in chalcones monitored by time-resolved IR spectroscopy2023

    • 著者名/発表者名
      Masato Kondoh, Taka-aki Ishibashi*
    • 雑誌名

      Accounts of Materials and Surface Research

      巻: 8 ページ: 46-578

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Total Internal Reflection Raman Spectra of Alamethicin Interacting with Supported Lipid Bilayers at a Silica/Water Interface2022

    • 著者名/発表者名
      Masato Kondoh, Arisa Sano, Izuru Kawamura, Taka-aki Ishibashi*
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 126 号: 50 ページ: 10712-10720

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.2c06371

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Direct Observation and Quantitative Measurement of OH Radical Desorption During the Ultraviolet Photolysis of Liquid Nonanoic Acid2022

    • 著者名/発表者名
      Naoki Numadate, Shota Saito, Yuki Nojima, Taka-aki Ishibashi, Shinichi Enami, and Tetsuya Hama
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      巻: 13 号: 35 ページ: 8290-8297

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.2c02199

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] ヘテロダイン検出振動和周波発生分光法による含フッ素アクリルポリマー/空気界面での配向状態の解析2022

    • 著者名/発表者名
      本間脩,郭安聰,浦田新吾,小口亮平,宮嶋達也,奥野将成,石橋孝章
    • 雑誌名

      AGC Research Report

      巻: 72 ページ: 19-25

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] SHG活性色素Ap3の水上脂質単分子膜中における振動SFGバンドの検出2023

    • 著者名/発表者名
      亀山拓海・近藤正人・百武篤也・石橋孝章
    • 学会等名
      分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 全内部反射ラマン分光によるグラミシジンAと基板支持脂質二分子膜との相互作用の検出2023

    • 著者名/発表者名
      鈴木沙弥・近藤正人・石橋孝章
    • 学会等名
      分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 時間分解赤外分光で観るシクロペンタン-1,3-ジラジカルの結合性に対する置換基効果2023

    • 著者名/発表者名
      近藤正人・窪木俊介・久米英隆・小田英里久・安倍学・石橋孝章
    • 学会等名
      分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] HD-VSFG分光法による空気/水溶液界面の脂質単分子膜と水溶性色素の相互作用の観測2023

    • 著者名/発表者名
      篠田亮介・近藤正人・百武篤也・石橋孝章
    • 学会等名
      分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] バルビツール酸水溶液上のジドデシルメラミン超分子単分子膜のHD-VSFGスペクトルの下層液濃度依存性2022

    • 著者名/発表者名
      西山湧貴・野嶋優妃・刈込 道徳・石橋孝章
    • 学会等名
      日本分光学会年次講演会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 4'-ジヘキシルアミノ-4-スルホアゾベンゼン水溶液上の脂質単分子膜のHD-VSFG分光2022

    • 著者名/発表者名
      篠田 亮介・近藤 正人・百武 篤也・石橋 孝章
    • 学会等名
      分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 全内部反射ラマン分光による膜結合ペプチドと基板支持脂質二分子膜の相互作用の観測2022

    • 著者名/発表者名
      近藤 正人・佐野 有里紗・鈴木 沙弥・石橋 孝章
    • 学会等名
      分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] リン脂質二分子膜中のグラミシジンAの全内部反射ラマンスペクトル測定2022

    • 著者名/発表者名
      鈴木沙弥・近藤正人・石橋孝章
    • 学会等名
      分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 過冷却水上に形成した脂質単分子膜のヘテロダイン検出和周波発生分光2022

    • 著者名/発表者名
      野嶋優妃・石橋孝章
    • 学会等名
      分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 両親媒性ヘリセン類縁体Langmuir膜のHDキラルVSFG分光2022

    • 著者名/発表者名
      西山 湧貴・野嶋 優妃・刈込 道徳・石橋 孝章
    • 学会等名
      分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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