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2014 年度 実施状況報告書

気相水和クラスターを用いた核酸塩基水和構造のモデリング:ヌクレオチドへの展開

研究課題

研究課題/領域番号 25410023
研究機関横浜市立大学

研究代表者

三枝 洋之  横浜市立大学, 生命ナノシステム科学研究科, 教授 (90162180)

研究分担者 塚本 眞幸  名古屋大学, 情報科学研究科, 助教 (10362295)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード水和クラスター / 中赤外レーザー分光 / レーザー脱離 / ペプチド / 核酸塩基
研究実績の概要

重要な生体分子の一つである尿酸についてその微細水和構造をモデル化することを目的として、尿酸の水和クラスターをレーザー脱離法を用いて気相孤立化し、中赤外レーザー分光により構造決定を行った。中赤外レーザー光設備は昨年度の本研究により既に整備していたが、種々の技術的な改良を加えることにより得られるスペクトルの質が飛躍的に向上し、質量選別した水和クラスターの中赤外スペクトルを測定することに成功した。レーザー脱離法と中赤外レーザー分光法を組み合わせて、生体分子の構造決定を行った初めての例と思われる。尿酸には3つのCO伸縮振動があるが、その振動数の違いが水和による振動数の低下と同程度であるために、2つ以上伸縮振動が混じり合うという興味ある現象を見出した。一方、近赤外領域におけるNH伸縮振動の場合は、水和による振動数低下が大きいためこのような効果は観測されない。このような水和構造による分子振動数の違いを利用して、中赤外レーザー光により構造異性体を分離することが可能であることを明らかにした。また同様に尿酸とメラミンの錯体についても、中赤外分光を用いて構造決定を行った。メラミンという分子は生体には存在しないが、これが混入した粉ミルクを摂取した乳幼児の尿道や膀胱に結石が形成するのは、メラミンが尿酸と錯体を形成することが原因とされている。結石の化学分析の結果、結石の核となるのは尿酸とメラミンの1:1錯体であると推測されてきたが、本研究により、1:1錯体の構造は従来提案されたものと大きく異なる特異的な構造であることを示した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

波長可変の中赤外レーザー光を発振させる技術の向上を試みたことで、従来の2倍以上の出力が定常的に得られるようになった。これを用いて赤外スペクトルを測定した結果、スペクトルの分解能が飛躍的に改善された。

今後の研究の推進方策

これまでは核酸塩基分子の一つである尿酸の水和構造、メラミンとの錯体の構造の決定を行ったが、今後は核酸塩基に糖やリン酸基が置換したヌクレオシドやヌクレオチドへと拡張し、これらの水和構造を検討する予定である。これらのヌクレオシドやヌクレオチドはレーザー脱離法を用いて気化しても殆ど分解してしまうことが知られている。我々は既に共同研究者(名古屋大学塚本眞樹博士)との研究により、これ等の核酸塩基構造の一部を化学修飾することで非破壊的に気化できることをで明らかにした。本研究でも、これを共同研究者が担当する予定である。

次年度使用額が生じた理由

13円のため次年度に繰り越す。

次年度使用額の使用計画

次年度の助成金の一部として使用する予定である。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Ab Initio Studies on the Photophysics of Uric Acid and its Monohydrates: Role of the Water Molecule2014

    • 著者名/発表者名
      S. Yamazaki, S. Urashima, H. Saigusa, T. Taketsugu
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. A

      巻: 118 ページ: 1132-1141

    • DOI

      10.1021/jp411880z

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multiple Hydrogen-Bonding Interactions of Uric Acid/9-Methyluric Acid with Melamine Identified by Infrared Spectroscopy2014

    • 著者名/発表者名
      H. Asami, H. Saigusa
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B

      巻: 118 ページ: 4851-4857

    • DOI

      10.1021/jp502635w

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Hydrogen-Bonding Interactions of Uric Acid Complexes with Water/Melamine Identified by Near- and Mid-IR Spectroscopy2015

    • 著者名/発表者名
      H. Saigusa
    • 学会等名
      The 2015 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem) 2015
    • 発表場所
      Honolulu, Hawaii, USA
    • 年月日
      2015-12-15 – 2015-12-20
    • 招待講演
  • [学会発表] Laser Desorption of Nucleic Acid Components and Their Structural Characterization by IR Spectroscopy2015

    • 著者名/発表者名
      H. Saigusa
    • 学会等名
      The 2015 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem) 2015
    • 発表場所
      Honolulu, Hawaii, USA
    • 年月日
      2015-12-15 – 2015-12-20
    • 招待講演
  • [学会発表] Structural Investigation of Aspartame, an Artificial Sweetening, and Its Hydrated Clusters in the Gas Phase2015

    • 著者名/発表者名
      D. Nakamura, H. Saigusa
    • 学会等名
      The 2015 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem) 2015
    • 発表場所
      Honolulu, Hawaii, USA
    • 年月日
      2015-12-15 – 2015-12-20
  • [学会発表] 赤外分光法による尿酸-メラミン錯体の多重水素結合構造の決定2014

    • 著者名/発表者名
      浅見 祐也, 中村 大介, 三枝 洋之
    • 学会等名
      第8回分子科学討論会2014
    • 発表場所
      広島大学 東広島キャンパス
    • 年月日
      2014-09-21 – 2014-09-24
  • [学会発表] 赤外-紫外二重共鳴分光法によるアスパルテーム水和クラスターの気相立体構造解析2014

    • 著者名/発表者名
      中村 大介, 三枝 洋之
    • 学会等名
      第8回分子科学討論会2014
    • 発表場所
      広島大学 東広島キャンパス
    • 年月日
      2014-09-21 – 2014-09-24
  • [学会発表] Gas-Phase Isolation of Nucleic Acid Components: From Spectroscopy to Biomodelling2014

    • 著者名/発表者名
      H. Saigusa
    • 学会等名
      Isolated Biomolecules and Biomolecular Clusters (IBBI) 2014
    • 発表場所
      Porquerolles Island, France
    • 年月日
      2014-05-18 – 2014-05-23
    • 招待講演
  • [備考] 三枝研ホームページ

    • URL

      http://laser.sci.yokohama-cu.ac.jp/

URL: 

公開日: 2016-05-27  

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