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利用超寬頻近紫外光超快激發探測光譜研究細胞色素C之超快動力學

為了解決皮秒 雷 射 B5的問題，作者柯英寬 這樣論述：

細胞色素c(Cytochrome c, Cyt c)是一種廣泛存在於哺乳動物的血紅素蛋白，其多見於粒腺體內，並常在三價鐵和亞鐵形式存在與轉換。故此，細胞色素c做為高效的生物電子的傳遞者，在细胞呼吸氧化的電子傳遞鍊與程序性死亡(細胞凋亡)的過程中至關重要，細胞色素c亦展現了高度的抗氧化劑適性以還原過氧化物。此外，與心磷脂的交互作用維護粒線體的正常結構與運作也凸顯了細胞色素c的重要性。截此至今，細胞色素c已被廣泛研究，因其多涉及電子傳遞的特性，三價鐵的氧化態(ferric)與二價鐵之還原態(ferrous)常做為彼此應證的對象。在過去有關於細胞色素c的超快動力學研究中，雖有使用各種波段，然大多受

限於時間解析度。研究結果指出，還原態細胞色素c在受光激發之後，與中心亞鐵原子相連的甲硫胺酸殘基(Met80)受光解離與復合為其動力學的關鍵過程。本研究中，利用自行架設的超寬頻NUV超快雷射系統量測細胞色素c受近紫外光激發後的電子馳豫過程及其分子振動模態之演化，藉此闡述細胞色素c在NUV波段之超快動力學。藉由超快雷射在填充惰性氣體的空心光纖傳遞時，因引發非線性效應之自身相位調變(Self-Phase Modulation)產生光譜拓寬，我們架設了超寬頻NUV超快雷射系統，其脈衝小於10飛秒且其光譜達到70 nm (370-440 nm)。結合激發與探測系統及多通道鎖相放大技術，可完整記錄樣品之瞬

態吸收光譜。憑藉小於10飛秒的超高時間解析度，分子內的振動亦反應在瞬態吸收度的變化中，將振動訊號自量測結果中分離後，可得到分子振動之動態變化。相較於一般的時間解析光譜，除瞬態吸收光譜之外，亦可同時獲得關於樣品受激之後分子結構與振動的變化資訊第四章中闡述了氧化態細胞色素c在近紫外光激發之後電子馳豫過程，在激發之後，電子自構成細胞色素c之主要結構卟啉 (porphyrin) 內部轉換(internal conversion)至中心之三價鐵原子，因其d_π之空軌域提供了有效的電子傳遞途徑而避免了光解離的發生，其發生在激發後的極短時間內，隨後為自三價鐵回歸熱基態(~200fs)、振動冷卻(vibrat

ional cooling,~0.8 ps) 以及基態的完全回復，整個流程約在4.2 皮秒完成。第五章中則說明了還原態細胞色素c於近紫外光波段的超快動力學。與氧化態細胞色素c相似，歷經激發之後，電子自卟啉 (porphyrin) 內部轉換(internal conversion)至中心之亞鐵原子，因其d_π之軌域全滿，電子傳遞僅能藉由d_(z^2 )軌域，造成光解離的發生，其復合過程發生在激發後約5 皮秒，光解離隨後為自亞鐵原子回歸熱基態、振動冷卻，在16皮秒時，整個分子達到完全回復至基態。觀察分子振動頻率隨時間的演化，其結果為分子受激之後位於基態與激發態的振動頻率混成，自激發後電子馳豫至完全

回復，振動頻率自基態至暫態平衡，最後亦將回歸至基態。相較於氧化態細胞色素c僅涉及分子內電子的傳遞，還原態細胞色素c因有光解離與復合致使結構產生變化，則需要更長的時間回到原始狀態。總結本研究，基於瞬態吸收光譜，我們探討了細胞色素c受光激發後之超快動力學，同時憑藉著超高時間解析能力，可同時獲得細胞色素c受激之後分子振動模式及結構改變的演化過程，可做為支持闡述超快動力學之有力佐證。在研究細胞色素c之物理與化學特性及更進一步的醫藥應用上提供貢獻。