バリノマイシンのカリウムイオン選択性の水和効果の解明

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K23624
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 平田 圭祐 東京工業大学, 理学院, 助教 (80845777)
• 研究期間 (年度): 2019-08-30 – 2022-03-31
• キーワード: バリノマイシン / 水和効果 / 赤外分光 / エレクトロスプレーイオン化 / 質量分析

研究実績の概要

気相中で冷却されたバリノマイシン（VM）－金属（Na, K）錯体とその水和クラスターの赤外スペクトルを測定し、量子化学計算との比較から錯体の分子構造を決定した。VM-金属錯体ではK+のみならずNa+でも同様に八面体型六配位構造をとることが分かった。一方、水和クラスターでは水分子の結合サイトがK+とNa+で大きく異なり、VM-Na+錯体では水１分子でVM骨格が大きく歪むことが分かった。密度汎関数法によるエネルギー計算の結果から、VMのK+選択性はVMの空孔とイオンサイズのマッチングの効果とVM-金属錯体の溶媒和安定化の効果の両者が重要であることが分かった。前者は理論計算で予測されていたが、本研究の進展により初めてこれが実証された。後者はこれまで考えられてこなかった全く新たな効果であり、バリノマイシンのみならず多様なイオン選択性分子においても同様の効果が発現する可能性が示唆された。

研究成果

• [国際共同研究] イリノイ大/パシフィックノースウェスト国立研究所(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: イリノイ大/パシフィックノースウェスト国立研究所
• [国際共同研究] パリ大学(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: パリ大学
• [国際共同研究] ベルリン工科大学(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: ベルリン工科大学
• [雑誌論文] Collision-assisted stripping for determination of microsolvation-dependent protonation sites in hydrated clusters by cryogenic ion trap infrared spectroscopy: the case of benzocaineH⁺(H₂O)_<i>n</i> (2022)
  • 著者名/発表者名: Hirata Keisuke、Haddad Fuad、Dopfer Otto、Ishiuchi Shun-ichi、Fujii Masaaki
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 24 ページ: 5774～5779
  • DOI: 10.1039/D1CP05762F
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Gas phase protonated nicotine is a mixture of pyridine- and pyrrolidine-protonated conformers: implications for its native structure in the nicotinic acetylcholine receptor (2022)
  • 著者名/発表者名: Takeda Naoya、Hirata Keisuke、Tsuruta Kazuya、Santis Garrett D.、Xantheas Sotiris S.、Ishiuchi Shun-ichi、Fujii Masaaki
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 24 ページ: 5786～5793
  • DOI: 10.1039/D1CP05175J
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Hydration-controlled excited-state relaxation in protonated dopamine studied by cryogenic ion spectroscopy (2021)
  • 著者名/発表者名: Hirata Keisuke、Kasai Ken-ichi、Gregoire Gilles、Ishiuchi Shun-ichi、Fujii Masaaki
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 155 ページ: 151101～151101
  • DOI: 10.1063/5.0066919
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Double Ion Trap Laser Spectroscopy of Alkali Metal Ion Complexes with a Partial Peptide of the Selectivity Filter in K⁺ Channels─Temperature Effect and Barrier for Conformational Conversions (2021)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Yukina、Hirata Keisuke、Lisy James M.、Ishiuchi Shun-ichi、Fujii Masaaki
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry A 巻: 125 ページ: 9609～9618
  • DOI: 10.1021/acs.jpca.1c06440
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Potassium and sodium ion complexes with a partial peptide of the selectivity filter in K⁺ channels studied by cold ion trap infrared spectroscopy: the effect of hydration (2021)
  • 著者名/発表者名: Negoro Takumi、Hirata Keisuke、Lisy James M.、Ishiuchi Shun-ichi、Fujii Masaaki
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 23 ページ: 12045～12050
  • DOI: 10.1039/D1CP00936B
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Vibrational spectroscopy of hydrated clusters of valinomycin-metal complexes: Watching single water hydration (2021)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Hirata, Eiko Sato, Shun-ichi Ishiuchi, Masaaki Fujii
  • 学会等名: Pacifichem 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Cold ion trap infrared spectroscopy of Beauvericin metal complexes - Ionic radius dependence of conformations (2021)
  • 著者名/発表者名: Kien Vo, Keisuke Hirata, James M. Lisy, Shun-ichi Ishiuchi, Masaaki Fujii
  • 学会等名: 第15回分子科学討論会