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振電バンド観測による光合成タンパク質の1分子振動分光

Research Project

Project/Area Number 15F15032
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section外国
Research Field Physical chemistry
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

柴田 穣  東北大学, 理学研究科, 准教授 (20300832)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) JANA SANKAR  東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
Project Period (FY) 2015-10-09 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2015: ¥200,000 (Direct Cost: ¥200,000)
Keywords励起スペクトル / 単一分子分光 / クラミドモナス / 光合成 / 光化学系I / ブリンキング / エネルギー移動 / 顕微分光
Outline of Annual Research Achievements

励起スペクトル測定を高速に行うことを可能とする新たな光学配置による共焦点顕微鏡の開発を引き続き行った。開発された顕微鏡を用いて、スペクトル既知の色素ナイルブルーの溶液について測定を行い、装置の感度補正などを行った。続いて、単細胞緑藻の一種でモデル生物としてよく用いられるクラミドモナスの細胞について室温において測定を行い、測定原理を実証するデータを取得することに成功した。この成果につき、現在、論文を執筆中である。
また、酸素発生型の光合成生物に二つある光化学系のうちの1つ、光化学系I(PSI)の単一分子分光の研究では、単一PSI三量体からの蛍光強度が明滅を繰り返すブリンキングについて詳細な解析を行った。その結果、蛍光強度の揺らぎの幅は、PSIの第二電子受容体であるフィロキノンの酸化還元状態に依存することが明らかとなった。この結果を説明するモデルとして、タンパク質のアミノ酸残基のコンフォメーション揺らぎによってある特定のクロロフィル分子の励起状態が揺らぎ、それによって励起エネルギーの流れが整流される、というモデルを提案した(論文投稿中)。さらに、励起スペクトル測定を可能とする励起レーザーの波長掃引システムを構築し、単一PSI三量体の励起スペクトル測定を行った。一つ一つのPSI三量体で、蛍光ピーク波長は少しずつ異なる(不均一分布)が、短波長に蛍光を発する三量体ほど励起スペクトルは長波長側に強度が強い傾向を示すことが分かった。この結果から、PSIに結合する約100個のアンテナクロロフィルは吸収ピーク波長の異なる二つのグループに分割され、長波長側に吸収ピークを持つグループが蛍光を出すクロロフィルに直接励起エネルギーを渡す役割をするのに対し、短波長側に吸収ピークを持つグループは蛍光を出すクロロフィルから離れて存在することが示唆された。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (27 results)

All 2018 2017 2016 Other

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (20 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 3 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] In vivo energy transfer from bacteriochlorophyll c, d, e, or f to bacteriochlorophyll a in the wild-type and mutant cells of the green sulfur bacterium Chlorobaculum limnaeum2018

    • Author(s)
      J. Harada, Y. Shibata, M. Teramura, T. Mizoguchi, Y. Kinoshita, K. Yamamoto, H. Tamiaki
    • Journal Title

      ChemPhotoChem

      Volume: 2 Issue: 3 Pages: 190-195

    • DOI

      10.1002/cptc.201700164

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Single bovine serum albumin molecule can hold plural blue-emissive gold nanoclusters: A quantitative study with two-photon excitation2018

    • Author(s)
      Hamza Al Kindi, Ahmed Mohamed, Shinji Kajimoto, Nurbosyn Zhanpeisov, Hideyuki Horino, Yutaka Shibata, Izabela I. Rzeznicka, Hiroshi Fukumura
    • Journal Title

      J. Photochem. Photobiol. A

      Volume: 357 Pages: 168-174

    • DOI

      10.1016/j.jphotochem.2018.02.029

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Fluorescence property of photosystem II protein complexes bound to a gold nanoparticle2017

    • Author(s)
      K. Tahara, A. Mohamed, K. Kawahara, R. Nagao, Y. Kato, H. Fukumura, Y. Shibata, T. Noguchi
    • Journal Title

      Faraday Discussions

      Volume: 印刷中 Pages: 121-134

    • DOI

      10.1039/c6fd00188b

    • NAID

      120006343676

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Highly Enhanced Emission of Visible Light from Core-Dual-Shell-Type Hybridized Nanoparticles2017

    • Author(s)
      Sakamoto Naonari、Onodera Tsunenobu、Dezawa Takuma、Shibata Yutaka、Oikawa Hidetoshi
    • Journal Title

      Particle & Particle Systems Characterization

      Volume: 34 Issue: 12 Pages: 1700258-1700258

    • DOI

      10.1002/ppsc.201700258

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Red shift in the spectrum of a chlorophyll species is essential for the drought-induced dissipation of excess light energy in a poikilohydric moss, Bryum argenteum2017

    • Author(s)
      Shibata Yutaka、Mohamed Ahmed、Taniyama Koichiro、Kanatani Kentaro、Kosugi Makiko、Fukumura Hiroshi
    • Journal Title

      Photosynthesis Research

      Volume: 136 Issue: 2 Pages: 229-243

    • DOI

      10.1007/s11120-017-0461-0

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 高分解極低温顕微分光法を用いてステート遷移におけるLHCII の膜内移動について検証する2018

    • Author(s)
      藤田祐輝,伊藤稚菜,柴田穣
    • Organizer
      第59回日本植物生理学会年会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 極低温顕微分光法による光合成タンパク質アセンブリー中間体の探索2018

    • Author(s)
      柴田穣,小林誉宗,千葉智史,永澤廣知
    • Organizer
      第59回日本植物生理学会年会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 光化学系I の極低温単一分子分光2018

    • Author(s)
      小林誉宗,Sankar Jana,Du Ting,長尾遼,野口巧,柴田穣
    • Organizer
      第59回日本植物生理学会年会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] The Photosynthetic Competences of Chlorosomes Containing Bacteriochlorophyll c, d, e, or f in the Green Sulfur Bacterium Chlorobaculum limnaeum Mutants Cells2017

    • Author(s)
      Jiro Harada, Yutaka Shibata, Tadashi Mizoguchi, Misaki Ryono, Misato Teramura, Ken Yamamoto, Hitoshi Tamiaki
    • Organizer
      2017 International Conference on Artificial Photosynthesis
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of scanning microscope for simultaneous measurements of emission and excitation spectra2017

    • Author(s)
      Sankar Jana, Yutaka Shibata
    • Organizer
      19th IUPAB congress and 11th EBSA congress
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Photosynthetic Antenna Complexes as Regulation Valve of Excitation Energy2017

    • Author(s)
      Yutaka Shibata
    • Organizer
      Physical Chemistry Colloquium on "Ultrafast electronic and structural dynamics"
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Single-Molecule Spectroscopy Study on Photosystem I at Low Temperatures2017

    • Author(s)
      Yutaka Shibata
    • Organizer
      8th International Conference "Photosynthesis and Hydrogen Energy Research for Sustainability"
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Study on shuttling of light-harvesting complexes upon state transition by using cryogenic optical microscope2017

    • Author(s)
      Yuki Fujita, Yutaka Shibata
    • Organizer
      8th International Conference "Photosynthesis and Hydrogen Energy Research for Sustainability"
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Microspectroscopy at cryogenic temperature - single molecules to living cells2017

    • Author(s)
      Yutaka Shibata
    • Organizer
      Tohoku-Melbourne Research Workshop on Science: Recent Advances in Physical Chemistry/Chemical Physics
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Study on shuttling of light-harvesting complexes upon state transition by using cryogenic optical microscope2017

    • Author(s)
      Yuki Fujita, Yutaka Shibata
    • Organizer
      Tohoku-Melbourne Research Workshop on Science: Recent Advances in Physical Chemistry/Chemical Physics
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of Novel Scanning Microscope for Excitation Spectra Measurement2017

    • Author(s)
      Sankar Jana, Takanori Kobayashi, Ryo Nagao, Takumi Noguchi, Yutaka Shibata
    • Organizer
      2017年光化学討論会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] タンパク質中金ナノクラスターの生成過程および発光特性2017

    • Author(s)
      出澤 拓磨, Hamza Al-kindi, Izabela Rzeznicka, 福村 裕史, 柴田 穣
    • Organizer
      Advanced Light Measurements and Life Sciences Seeking Bio. Phys. Chem. about the Triple Point, 最先端光計測とライフサイエンスの近未来 -Bio. Phys. Chem.三重点の探索-
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 光化学系Iタンパク質複合体の単一分子蛍光分光2017

    • Author(s)
      柴田 穣,小林 誉宗,Du Ting,Sankar Jana,長尾 遼,野口 巧
    • Organizer
      第11回分子科学討論会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 光環境変化に応じた光捕集タンパク質の膜内移動を極低温顕微分光法で検出する2017

    • Author(s)
      藤田 祐輝,柴田 穣
    • Organizer
      第11回分子科学討論会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 光化学系Iの低温単一分子分光: ブリンキングの起源2017

    • Author(s)
      Sankar Jana, 小林 誉宗, Du Ting, 長尾 遼, 野口 巧, 柴田 穣
    • Organizer
      第55回日本生物物理学会年会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of Novel Scanning Microscope for Measurement of Emission and Excitation Spectra Simultaneously2016

    • Author(s)
      Sankar Jana, 柴田 穣
    • Organizer
      第54回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場
    • Year and Date
      2016-11-25
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 液体窒素温度における光化学系Iの単一分子分光2016

    • Author(s)
      柴田 穣, Du Ting, 長尾 遼, 野口 巧, Jana Sankar
    • Organizer
      2016年光化学討論会
    • Place of Presentation
      東京大学駒場キャンパス
    • Year and Date
      2016-09-06
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Single Molecule Spectroscopy of Photosystem I and Its Blinking Mechanism at Liquid N2 Temperature2016

    • Author(s)
      Sankar Jana, Ting Du, Ryo Nagao, Takumi Noguchi, Yutaka Shibata
    • Organizer
      17th International Congress on Photosynthesis Research
    • Place of Presentation
      Maastricht
    • Year and Date
      2016-08-07
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 光合成光捕集過程を精密科学として理解することを目指して2016

    • Author(s)
      柴田 穣
    • Organizer
      第24回 光合成セミナー2016:反応中心と色素系の多様性
    • Place of Presentation
      龍谷大学
    • Year and Date
      2016-07-09
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Single Molecule Spectroscopy of Photosynthetic Protein at Cryogenic Temperatures2016

    • Author(s)
      Yutaka Shibata
    • Organizer
      6th IUPAC Symposium on Photochemistry
    • Place of Presentation
      Osaka City Central Public Hall
    • Year and Date
      2016-04-04
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Book] テイツ/ザイガー 植物生理学・発生学 原著第6版(翻訳)2017

    • Author(s)
      リンカーン・テイツ、エドゥアルド・ザイガー、イアン.M・モーラー、アンガス・マーフィー、西谷 和彦、島崎 研一郎
    • Total Pages
      832
    • Publisher
      講談社
    • ISBN
      4061538969
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://web.tohoku.ac.jp/orgphys/index.html

    • Related Report
      2017 Annual Research Report

URL: 

Published: 2015-11-26   Modified: 2024-03-26  

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