Initial processes of vision start with the isomerization reaction of 11-cis retinal by photoabsorption, followed by the fission of the chemical bond between retinal and Opsin. Many scientists have been elucidating initial processes of vision from the viewpoint of basic aspects and development of artificial photorecepter. In this presentation, I will introduce the paper reporting initial photoisomerization reaction of retinal as directly revealed by ultrafast Raman spectroscopy.

In general, fluorescence and electronic absorption spectroscopies do not provide direct information of the molecular structure. Hence, the vibrational spectroscopy such as Raman and IR spectroscopies has been used for the detection of the molecular structure. However, the simple application of femtosecond laser pulse into vibrational spectroscopies does not provide detailed information on chemical bonds of a few hundreds - 3000 cm^-1, because of the uncertainly principle of the time and the energy. In the present talk I will briefly explain new Raman spectroscopy to overcome the restriction of the detection of vibrational frequency with high temporal and energy resolution. Next, I will introduce the ultrafast structural change of 11-cis-Retinal using this time-resolved Raman spectroscopy.

視覚の初期過程は、光吸収による11-cis レチナールからall-trans 体への異性化反応、及びレチナールとオプシンとの間の化学結合の変化である。視覚の初期過程の解明は、基礎的な観点からのみならず、光レセプターの開発への重要な研究課題として、多くの科学者の関心を集めている。本発表では、超高速レーザー分光を用いたレチナールの光異性化反応の直接測定に関する論文を紹介する。

一般に、蛍光及び電子スペクトルの測定では分子構造の変化に関する情報を直接得ることはできない。そこで、ラマン分光などの化学結合の同定可能な振動分光法が利用される。しかし、時間とエネルギーの不確定性原理が存在するため、単純にフェムト秒レーザーパルスを用いた場合には、数100〜3000 cm^-1程度の詳細な化学結合の振動数の情報を得る事ができない。本発表では、今回用いられた高い時間分解能と化学結合のエネルギー分解能を持つラマン分光法をまず説明する。続いて、これらの手法を用いて11-cisレチナールの光異性化反応の解明した研究例を紹介する。

David W. McCamant et al., Science, vol. 310, (2005), p.p. 1006-1009