ヘムタンパク質六量体を基盤とした大規模光捕集系の構築と光触媒への展開

• Project/Area Number: 15J00743
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Bio-related chemistry
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 真島 剛史 大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: ヘムタンパク質 / 亜鉛ポルフィリン / 光増感色素 / エネルギー移動 / タンパク質再構成 / 人工光捕集系 / 亜鉛クロリン

Outline of Annual Research Achievements

天然の光化学系は太陽光エネルギーを利用して効率的に光反応を行っている。中でも、光捕集系は、エネルギー密度の極めて低い太陽光エネルギーを用いて、多電子を必要とする酸化還元反応を実現するためのアンテナ部分である。この天然の系に倣い、太陽光で駆動する効率的な光触媒の開発に向けて、人工的な光捕集系の構築とその応用が求められている。
これまでに我々は、人工光捕集系の構築を指向し、環状六量体ヘムタンパク質(HTHP)を基盤として、光増感色素である亜鉛ポルフィリン(ZnPP)の環状集積化を達成している。また、集積化されたZnPP間でのエネルギー移動についても報告している。
本年度は、光捕集能のさらなる向上を指向し、HTHPへ複数種類の色素の集積化を試みた。具体的には、HTHPにシステイン残基を変異導入し、マレイミドとチオールのカップリング反応を用いて、ZnPPに対してそれぞれドナーおよびアクセプターとなる色素であるFluorescein-5-maleimide (Flu) およびTexas Red C2 maleimide (Tex) を導入した。得られた色素集積体において、捕集可能な波長範囲の可視光領域全域への拡大と、光励起エネルギーのアクセプター分子への捕集を確認した。さらに、集積化された色素間におけるエネルギー移動の機構と効率について蛍光スペクトル、励起スペクトル、蛍光寿命の各測定結果により解明した。

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。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Eindhoven university of technology(オランダ)
• [Journal Article] Successive energy transfer within multiple photosensitizers assembled in a hexameric hemoprotein scaffold (2018)
  • Author(s): Mashima Tsuyoshi、Oohora Koji、Hayashi Takashi
  • Journal Title: Physical Chemistry Chemical Physics Volume: 20 Issue: 5 Pages: 3200-3209
  • DOI: 10.1039/c7cp05257j
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Substitution of an amino acid residue axially coordinating to the heme molecule in hexameric tyrosine-coordinated hemoprotein to enhance peroxidase activity (2017)
  • Author(s): Mashima Tsuyoshi、Oohora Koji、Hayashi Takashi
  • Journal Title: Journal of Porphyrins and Phthalocyanines Volume: 21 Issue: 12 Pages: 824-831
  • DOI: 10.1142/s1088424617500936
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Energy migration within hexameric hemoprotein reconstituted with Zn porphyrinoid molecules (2015)
  • Author(s): Takashi Hayashi
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 51 Issue: 55 Pages: 11138-11140
  • DOI: 10.1039/c5cc02680f
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Enhanced peroxidase activity of hexameric hemoprotein by substitution of amino acid residue axially coordinating to the heme molecule (2018)
  • Author(s): Mashima Tsuyoshi、Oohora Koji、Hayashi Takashi
  • Organizer: BIOTECHNOLOGY AND CHEMISTRY FOR GREEN GROWTH
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ヘムタンパク質環状六量体を基盤とする異種色素の集積化と色素間エネルギー移動 (2017)
  • Author(s): 真島剛史、大洞光司、林高史
  • Organizer: 第15回ホスト-ゲスト・超分子化学シンポジウム
• [Presentation] ヘムタンパク質環状六量体を用いた人工光捕集系モデルの構築 (2017)
  • Author(s): 真島剛史・大洞光司・林高史
  • Organizer: 新学術領域「人工光合成」第5回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京工業大学
• [Presentation] Energy Transfer in Zn-substituted Hexameric Hemoprotein with Multiple Photosensitizers as an Artificial Light Harvesting Antenna (2017)
  • Author(s): Tsuyoshi Mashima・Koji Oohora・Takashi Hayashi
  • Organizer: 日独シンポジウム(BIOTECHNOLOGY AND CHEMISTRY FOR GREEN GROWTH)
  • Place of Presentation: 淡路夢舞台国際会議場
• [Presentation] A Zn Porphyrin Array within a Hexameric Hemoprotein Matrix Modified by Donor Photosensitizers toward an Artificial Light Harvesting System (2017)
  • Author(s): Tsuyoshi Mashima・Koji Oohora・Takashi Hayashi
  • Organizer: 日本化学第97春季年会
  • Place of Presentation: 慶應大学 日吉キャンパス
• [Presentation] ヘムタンパク質環状六量体を基盤とした光増感色素集積系における色素間エネルギー移動 (2016)
  • Author(s): 真島剛史・大洞光司・林高史
  • Organizer: 第29回生物無機化学夏季セミナー
  • Place of Presentation: グリーンビレッジ交野
  • Year and Date: 2016-09-01
• [Presentation] ヘムタンパク質環状六量体を基盤とした異種色素を含む人工光捕集系における色素間エネルギー移動 (2016)
  • Author(s): 真島剛史・大洞光司・林高史
  • Organizer: 第26回金属の関与する生体関連反応シンポジウム (SRM2016)
  • Place of Presentation: 北海道大学
• [Presentation] Assembly of Zinc Porphyrin Molecules within a Hexameric Hemoprotein Matrix Covalently Modified with Photosensitizers (2016)
  • Author(s): 真島剛史・大洞光司・林高史
  • Organizer: 日本化学第96春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学 京田辺キャンパス
• [Presentation] ヘムタンパク質環状六量体を用いた光増感色素集積体の調製と光捕集能評価 (2015)
  • Author(s): 真島剛史・大洞光司・林高史
  • Organizer: 第28回生物無機化学夏季セミナー
  • Place of Presentation: 伊東温泉 山喜旅館
  • Year and Date: 2015-08-29
• [Presentation] A Zn Porphyrin Array within a Hexameric Hemoprotein Matrix Modified by Donor Photosensitizers toward an Artificial Light Harvesting System (2015)
  • Author(s): 真島剛史・大洞光司・林高史
  • Organizer: 錯体化学会第65回討論会
  • Place of Presentation: 奈良女子大学
• [Book] Bull. Jpn. Soc. Coord. Chem. Vol. 65 (2015)
  • Author(s): 真島剛史・大洞光司・林高史
  • Total Pages: 4
  • Publisher: 錯体化学会