ホタル生物発光：温度の違いで発光色が変化

生物発光は、バクテリア、藻、キノコ、魚、イカ、エビ、昆虫などで観測されています。昆虫では、ホタル、鉄道虫、ヒカリコメツキムシなどが光ることで有名です。これらはルシフェリン、アデノシン三リン酸、マグネシウムイオンがルシフェラーゼタンパク質を酵素としてオキシルシフェリンを生成する「ルシフェリンールシフェラーゼ反応」により発光します。中でもホタル生物発光は発光効率がもっとも高い（光生成の量子収率が大きい）、緑から赤まで広い範囲の発光色がある、という特徴を持っています。
また、ホタルのルシフェリンやルシフェラーゼは生体にとって害の少ない物質なので、環境・医療・バイオテクノロジー分野に利用されています、例えば、土壌汚染の検出・食品工場の衛生検査・創薬・生体内の分子イメージングなどに用いられています。
私たちは、理論計算と実験の両面から、生物発光で起きている反応メカニズムの解明とその応用を目指して研究を行っています。

研究室についてSTUDENT
2024年12月に群馬大で開催したホタル融合若手研究会
クリスマス会2024
准教授 樋山 みやび HIYAMA miyabi
研究キーワード 生物発光, 電子状態理論, 分子シミュレーション, 原子分子物理, 水質検査
研究分野 物理化学分析化学生体分子化学
主な研究テーマ
  • 光解離型ケージド化合物の開発
  • バイオルミネッセンスの理論研究
  • 工場森林共生系における環境評価
研究概要

生物起源の発光現象には，緑色蛍光タンパクに代表されるような励起光を利用して発光する蛍光タンパクと，ホタルなどのタンパク質酵素中の化学反応により発光が起きる生物発光があります。現在ではこのような生物発光について分子レベルでの研究が進み，どのようなメカニズムで光るのか，どのようなことに応用できるのか，についての研究が行われています。 理論計算と実験の両面から，生物発光で起きている反応メカニズムの解明とその応用を目指して研究を行っています。また，分析化学の技術をもちいて，工場森林共生系における水質環境の調査を行なっています。
提供できる技術 ・応用分野

量子化学計算・古典分子動力学計算によるスペクトル解析
主要な所属学会

日本化学会, 日本物理学会, 日本生物物理学会, 原子衝突学会, 分子科学会
論文
  • Inhibition sensitivity of in-vitro firefly bioluminescence quantum yields to Zn2+ and Cd2+ concentrations in aqueous solutions. Photochem. Photobiol. (2024)
  • ・Experimental and theoretical study for core excitation of Firefly luciferin, J. Phys. Chem. A, 128, 611-617 (2024)
  • Quantum Yield of Near-Infrared Bioluminescence with Firefly Luciferin Analog: AkaLumine”, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 434, 114270, (2023)
受賞歴
  • 平成26年7月　JPSJ Papers of Editors’ Choice, “Fluctuating Local Recrystallization of Quasi-Liquid Layer of Sub-Micrometer-Scale Ice: A Molecular Dynamics Study”, J. Phys. Soc. Japan, 83, 083601-1 – 083601-4 (2014)
  • 平成１７年８月２３日　原子衝突研究協会　第６回若手奨励賞「R matrix/MQDT 法による分子内殻励起機構の解明」
メディア情報
最終更新日：