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2013 年度 実績報告書

気相分光によるペプチド分子の励起状態ダイナミクス―タンパク質の光防御機構

研究課題

研究課題/領域番号 25708001
研究種目

若手研究(A)

研究機関東京工業大学

研究代表者

石内 俊一  東京工業大学, 資源化学研究所, 助教 (40338257)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード気相分光 / ペプチド / 励起状態ダイナミクス / レーザー脱離 / レーザー分光
研究概要

これまでの研究で速い緩和過程が示唆されている小ペプチドを取り上げた。ペプチドはFmoc法により固相合成し、レーザー脱離超音速ジェット法により真空中に取り出した後、共鳴多光子イオン化(REMPI)分光法、UV-UVホールバーニング(HB)分光法を適用し、コンフォマーごとの電子スペクトルを測定した。さらにIR dip分光法を用いてコンフォマーごとの赤外スペクトルを測定し、量子化学計算を併用して各コンフォマーの構造を決定した。
1)キャップチロシン(Ac-Tyr-NHMe)
キャップチロシンに対してHB分光法を適用したところ5個のコンフォマーが共存していることが明らかとなり、その内2つのコンフォマーでブロードな電子遷移が観測された。構造決定の結果、ブロードな電子遷移を与えるコンフォマーはC5タイプの分子内水素結合(N-H…O=C水素結合が5員環を巻く構造)をとることが明らかとなった。他の芳香族キャップアミノ酸ではC7構造が速い緩和を示すことが報告されており、この結果はそれとは異なっている。今後、短パルスレーザーによる寿命の直接測定を行う予定である。
2)Gly-Trp, Gly-Trp-Pro
トリプトファンを含む5残基ペプチドGly-Trp-Pro-Pro-Valは非常に速い緩和過程をもつことが示唆されており、どのアミノ酸残基あるいは配列が原因なのかを明らかにするため、25年度はTrp-Pro, Gly-Trp-Proを測定した。その結果、後者では2つのコンフォマーが共存しており、片方はシャープな電子遷移、もう片方はブロードな電子遷移を与えることが分かった。それぞれのコンフォマーの赤外スペクトルの測定は終わっており、現在量子化学計算による解析を行っている。前者のペプチドについてはブロードな電子遷移のみが観測されたが、S/Nが低いため、確定的な結果を得るために実験を続行中である。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度はキャップチロシン及びトリプトファンを含むペプチドの構造と励起状態緩和過程の相関を調べることを計画しており、それらを全て実施したので、おおむね順調に進展していると評価した。キャップチロシンについては、他の芳香族キャップペプチドとは異なる構造依存性を見出しており、今後さらに詰めの実験を行った後に論文報告する予定である。トリプトファンを含むペプチドではトリプトファンのC-末端にプロリンがペプチド結合した場合にブロードな電子遷移が観測されており、プロリンが励起状態の速い緩和を促進している可能性が示唆された。この結果は、トリプトファンを含む5残基ペプチドGly-Trp-Pro-Pro-Valがなぜ速い電子励起状態緩和を示すのかという問題への回答の糸口を示しており、研究目的の半分程度は達成されたと考えている。

今後の研究の推進方策

当初計画ではチロシンを含む3残基ペプチドの研究を予定しており、これは計画通り進める予定である。これに加え、キャップチロシンでは電子遷移のブロードにングが本当に速い電子励起状態緩和によるものか否かを明確にするため、ピコ秒レーザーを用いたポンププローブ実験を行う予定である。
また、ペプチドの構造決定には赤外分光を用いているが、25年度に導入した赤外レーザーは3マイクロメートル領域(X-H伸縮振動領域)しか発振しないため、X-H伸縮振動数をもとに構造帰属を行った。しかし、微妙なコンフォメーションの違いを帰属するには情報が不足している。そこで、新たな非線形光学結晶を導入し、中赤外領域(10~5マイクロメートル)を発振できるようにして、所謂指紋領域の測定も可能にする予定である。
25年度後半において、不幸にして、これまで使用していた脱離用のレーザーが破損してしまい、高出力レーザーの出力を落として脱離レーザーとして使用していた。26年度は、安定したレーザー脱離を行うために専用の小型低出力のレーザーを導入する予定である。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2014 2013 その他

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

  • [雑誌論文] Gas-phase Spectroscopy and Anharmonic Vibrational Analysis of the 3-Residue Peptide Z-Pro-Leu-Gly-NH2 by the Laser Desorption Supersonic Jet Technique2013

    • 著者名/発表者名
      S. Ishiuchi, K. Yamada, S. Chakraborty, K. Yagi, and M. Fujii
    • 雑誌名

      Chem. Phys.

      巻: 419 ページ: 145-152

    • DOI

      10.1016/j.chemphys.2012.12.038

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Laser Desorption Supersonic Jet Spectroscopy of Octopamine by Its Hydrochloride Salt2013

    • 著者名/発表者名
      S. Ishiuchi, H. Sone, and M. Fujii
    • 雑誌名

      Chem. Lett.

      巻: 42 ページ: 1166-1167

    • DOI

      10.1246/cl.130431

    • 査読あり
  • [学会発表] Gas-phase spectroscopy of small peptides – conformation vs excited state dynamics2014

    • 著者名/発表者名
      S. Ishiuchi
    • 学会等名
      Symposium on Molecular Science and Synthesis of Functional Molecules for Next Generation
    • 発表場所
      広島大学
    • 年月日
      20140310-20140311
    • 招待講演
  • [学会発表] in-situ熱分解法によるm-チラミンの超音速ジェット分光ーカテコールアミン神経伝達物質類似体のコンフォメーション規則性2013

    • 著者名/発表者名
      石内俊一、藁科太一、石川春樹、藤井正明
    • 学会等名
      第7回分子科学討論会
    • 発表場所
      京都テルサ
    • 年月日
      20130924-20130927
  • [学会発表] レーザー脱離超音速ジェット法によるGWPトリペプチドの気相レーザー分光2013

    • 著者名/発表者名
      青木拓馬、孫雲龍、石内俊一、藤井正明
    • 学会等名
      第7回分子科学討論会
    • 発表場所
      京都テルサ
    • 年月日
      20130924-20130927
  • [備考] 神経伝達物質は柔らかい鍵

    • URL

      http://www.res.titech.ac.jp/news/reserch/post_16.html

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公開日: 2015-05-28  

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