2019 Fiscal Year Research-status Report
Kinetic Activity Evaluation of Antioxidants in Aqueous Solutions Using a Water-Solubilized Organic Radical
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18K06620
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| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
中西 郁夫 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 放射線障害治療研究部, 上席研究員(定常) (70356137)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 抗酸化物質 / ラジカル / 反応速度 / 反応機構 / 活性酸素種 / 水素移動 / 電子移動 / 物理化学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生活習慣病や老化、放射線障害は、活性酸素ラジカルによる酸化ストレスが原因といわれている。活性酸素ラジカルに対して非常に優れた消去活性を示す抗酸化物質は、酸化ストレスを軽減する医薬品への応用が期待されている。しかし、抗酸化物質の試験管内におけるラジカル消去活性と細胞実験や動物実験で得られる活性は必ずしも相関しない。これは水溶液中、特に高濃度の緩衝液中におけるラジカル消去活性および反応機構に不明な点が多く残されているからである。そこで本研究では、有機溶媒中で抗酸化物質の活性評価に頻用されている2,2-ジフェニル-1-ピクリルヒドラジル(DPPH)ラジカルをβ-シクロデキストリンで水溶化し、高濃度の緩衝溶液中における抗酸化物質のラジカル消去活性を速度論的に評価した。
研究代表者らは以前に、電子移動反応がマグネシウムイオン(Mg2+)のような酸化還元不活性な金属イオンによって顕著に加速されることに注目し、有機溶媒中における抗酸化物質によるラジカル消去に電子移動が関与することを明らかにした。そこで平成31/令和元年度は、抗酸化物質のラジカル消去速度に対するMg2+の影響について検討した。0.05 Mのリン酸緩衝液中、25℃で、0.05 Mの過塩素酸マグネシウム存在下において、抗酸化物質による水溶化DPPHラジカル消去反応をユニソクRSP-1000-02NM型ストップトフロー分光測定装置を用いて追跡した。抗酸化物質には、水溶性ビタミンE誘導体であるTroloxおよび(+)-カテキン、カフェイン酸などのフェノール性抗酸化物質を用いた。その結果、いずれの抗酸化物質の場合にも二次反応速度定数がMg2+の添加で顕著に増加し、DPPHラジカル消去反応の律速段階に電子移動反応が関与していることが示唆された。令和2年度には重水を用いてリン酸緩衝液を調製し、速度論的同位体効果について検討する予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
平成31/令和元年度に実施することを予定していた抗酸化物質のラジカル消去反応に対するマグネシウムイオンの影響については順調に実験データが出ており、多数の学会発表を行った。
また、令和2年度に実施予定の速度論的同位体効果の実験にもすでに着手しており、予備的なデータが着々と出てきている。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度には、水の代わりに重水を用いてリン酸緩衝液を調製し、それを溶媒として抗酸化物質の水溶化DPPHラジカル消去の二次反応速度定数(kD)を決定する。次に、軽水中の二次反応速度定数(kH)との比kH/kD (速度論的同位体効果)を計算する。得られたkH/kD値が1の場合には、ラジカル消去反応が電子移動-プロトン移動または脱プロトン化-電子移動機構で進行し、電子移動が律速段階となっていることが示唆される。一方、kH/kD値が2以上の場合には、一段階の水素原子移動機構で反応が進行していると考えられる。特に、kH/kD値が8を超える場合には、抗酸化物質から水溶化DPPHラジカルへの水素移動反応に量子トンネリングが関与している可能性が示唆される。この場合、kH値やkDに対する温度依存性についても検討し、アレニウス式を用いて量子トンネリングの関与を検討する。
また、令和2年度は本研究課題の最終年度であるので、それぞれの抗酸化物質の水溶液中におけるラジカル消去活性および反応環境の影響、反応機構のライブラリを構築し、研究全体を総括する。
さらに、得られた成果は随時、国内外の学会で発表するとともに、原著論文として学術誌に積極的に投稿する。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染拡大の影響で、いくつかの国際学会および国内学会が中止または延期となった。そのため、学会出席に必要な旅費や参加登録費を使用しなかった。
令和2年度も引き続き学会の中止または延期が見込まれるため、次年度使用額は物品費に充てる予定である。
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