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Hamaguchi Lab.
濵口研究室

― 物質と生命をつなぐ分光物理化学 ―

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研究レビュー 2005年度

(1) 時間分解ラマンマッピングによる出芽酵母自然死過程の分子レベル追跡

出芽酵母(Saccharomyces cerevisiae)の液胞には、Dancing Body (DB)と呼ばれる顆粒が時折出現し、激しく動き回ることが知られている。我々は、DBが出現するとその後液胞が潰れ細胞内が無秩序になり、最終的に細胞死に至ることを見出した。この細胞死過程を、時間分解ラマンイメージングにより分子レベルで追跡した（図1）。波数1602 cm-1の“生命のラマン分光指標”のイメージから、0分から5時間50分の間では，ミトコンドリアが活発に代謝活動を行っており、リン脂質とタンパク質は液胞外に局在していることがわかる。6時間後、DBが突如出現し、それと共にミトコンドリアの代謝活性が著しく低下する。8時間41分後にはミトコンドリアの代謝活性が完全に消失し、分子レベルでは細胞が死んでいるとみなせるが、その他の物質分布は依然変化しない。9時間31分以後には、物質分布が乱雑になり、細胞がもはや生きていないことが明らかである。このようにして、ラマン分光によりDBの出現、それと同期したミトコンドリア代謝活性の消失、液胞の構造崩壊など一連の細胞自然死過程を時々刻々追跡することができた。この実験結果は、分子レベルで細胞死をどのように定義するかを考えるうえで大変興味深い。

1-4) J. Raman Spectrosc., 36, 837-839 (2005).
Fig. 1

図1．出芽酵母の時間分解顕微鏡像およびラマンマッピング像

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(2) 水溶液中の硫酸マグネシウムの超高速会合/解離ダイナミクス

熱反応に対する我々の理解は、光化学反応に比べて進んでいない。光化学反応は、種々の超高速時間分解分光法によって調べることが可能で、その機構に関して詳細な情報を得ることができる。しかし、光による同期が不可能である熱反応には、この手法を適用することができない。時間分解分光を用いた時間領域のアプローチに代わるものとして、我々は振動バンド形の解析に基づく振動数領域のアプローチを追及してきた。Kubo-Andersonの理論を、２振動数交換モデルの非対称極限に適用し、振動バンド形の表式を導出した。この式に従えば、バンド形は振動数シフトΔω とバンド幅の増加ΔΓで表されるローレンツ関数であり、これらの量は交換する２振動数間のダイナミクスと関係づけられる。この式に基づいて硫酸マグネシウム水溶液のSO4全対称伸縮ラマンバンドの濃度依存性（図2）を解析することにより、超高速会合/解離ダイナミクスに関する定量的情報を得ることができた（図3）。

1-6) J. Chem. Phys. 123, 34508 (2005).
Fig. 2

図2 硫酸マグネシウム水溶液の.SO4全対称伸縮振動ラマンバンドの濃度依存性

Fig. 3

図3 水溶液中の硫酸マグネシウムの超高速会合/解離ダイナミクス

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原著論文

  1. Molecular-Level Investigation of the Structure, Transformation, and Bioactivity of Single Living Fission YeastCells by Time- and Space-Resolved Raman Spectroscopy. Yu-San Huang, Takeshi Karashima, Masayuki Yamamoto and Hiro-o Hamaguchi, Biochemistry 44, 10009-10019 (2005).
  2. Vibrational and electronic infrared absorption spectra of benzophenone in the lowest excited tripletstate. Sohshi Yabumoto, Shin Sato and Hiro-o Hamaguchi, Chem. Phys. Lett., 416, 100-103 (2005).
  3. Photoinduced Processes of Solid Aromatic Compounds by Mid-IR Free Electron Laser. Kensuke Tono, Hiroshi Kondoh, Yasuhiro Hamada, Takahiro Suzuki, Kotatsu Bito, Toshiaki Ohta, Shin Sato, Hiro-oHamaguchi, Akira Iwata and Haruo Kuroda, Jpn. J. Appl.Phys. 44, 10 7561-7567 (2005).
  4. In vivo time-resolved Raman imaging of a spontaneous death process of a single budding yeast cell. Yasuaki Naito, Akio Toh-e and Hiro-o Hamaguchi, J. Raman Spectrosc., 36, 837-839 (2005).
  5. Solvent-dependent intra- and intermolecular vibrational energy transfer of W(CO)6 probed with sub-picosecond time-resolved infrared spectroscopy. Motohiro Banno, Shin Sato, Koichi Iwata and Hiro-o Hamaguchi, Chem. Phys. Lett., 412, 464-469 (2005).
  6. Ion association dynamics in aqueous solutions of sulfate salts as studied by Raman band shape analysis. DaisukeWatanabe and Hiro-o Hamaguchi, J. Chem. Phys. 123, 34508 (2005).
  7. Ultrabroadband (>2500 cm-1) multiplex coherent anti-Stokes Raman scattering microspectroscopy using a supercontinuum generated from a photonic crystal fiber. Hideaki Kano and Hiro-o Hamaguchi, Appl. Phys .Lett. 86, 121113 (2005).
  8. Vibrationally resonant imaging of a single living cell by supercontinuum-based multiplex coherent anti-Stokes Raman Scattering microspectroscopy. Hideaki Kano and Hiro-o Hamaguchi, Optics Express 13, 1322-1327 (2005).
  9. Structure of the S1 state of diphenylacetylene as studied by time-resolved CARS and infrared spectroscopy. Tomonori Nomoto, Taka-aki Ishibashi, Hiromi Okamoto and Hiro-o Hamaguchi, J. Mol. Struct. 735-73,197-202 (2005).
  10. Cascading third-order Raman process and local structure formation in binary liquid mixtures of benzene and n-hexane. Shinsuke Shigeto, Hideaki Kano, and Hiro-o Hamaguchi, J. Chem. Phys., 122, 064504 (2005).
  11. 1064 nm near-infrared multichannel Raman spectroscopy of fresh human lung tissues. Youn-Kun Min,Tatsuya Yamamoto, Ehiichi Kohda, Toshiaki ITo and Hiro-o Hamaguchi, J. Raman Spectrosc., 36, 73-76(2005).
  12. Near-infrared coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy using supercontinuum generated from a photonic ctystal fiber. Hideaki Kano and Hiro-o Hamaguchi, Appl. Phys. B, 80, 243-246 (2005).

総説・解説

  1. Structure of Ionic Liquids and Ionic Liquid Compounds: Are Ionic Liquids Genuine Liquids in the Conventional Sense? Hiro-o Hamaguchi and Ryosuke Ozawa, Adv. Chem. Phys., 131, 85-104, (2005).
  2. 振動分光イメージング. 加納英明、濵口宏夫 月刊「化学」 60, 33-37 (2005).
  3. 時間分解ラマン分光. 髙田雄太、岩田耕一、濵口宏夫 「触媒」 47, 5, 341-345 (2005).
  4. 磁性イオン液体：研究の始まり. 林 賢、濵口宏夫 「化学と工業」 58, 10, 1221-1223 (2005).
  5. イオン液体：この不思議なもの. 濵口宏夫 「固体物理」 40, 12, 923-930 (2005).
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