室温から極低温までのピコ・フェムト秒蛍光分光による光合成反応初期過程の研究

• Project/Area Number: 17750010
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Physical chemistry
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 柴田 穣 名古屋大学, 理学研究科, 助手 (20300832)
• Project Period (FY): 2005 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥3,800,000 (Direct Cost: ¥3,800,000); Fiscal Year 2006: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000); Fiscal Year 2005: ¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000)
• Keywords: 時間分解蛍光 / 光合成反応中心 / 光化学系I / 初期電荷分離反応 / アンテナ / 蛍光アップコンバージョン / BLUF / ストリークカメラ

Research Abstract

植物には、2種類の光合成反応中心、Photosystem I(PSI)とPhotosystem IIが働いている。PSI反応中心は、アンテナ色素として100分子ほどのクロロフィルa分子を含んでおり、この大量のアンテナクロロフィルによる巨大な吸収スペクトルが邪魔をして、未だに光吸収直後の電子移動反応については明らかになっていない。我々は、フェムト秒からナノ秒に至る広い時間スケール、広いスペクトル範囲で時間分解蛍光の測定を行うことで、PSIにおける光吸収直後のエネルギー移動・電子移動ダイナミクスを研究した。前年度までに構築したフェムトーナノ秒時間分解蛍光測定装置により測定を行った。
その結果、従来より時間分解能の遅いピコ秒蛍光測定で報告されている1.5psという時定数より一桁も速い0.17psという非常に高速の蛍光減衰、立ち上がり過程を見出した。従来の報告では、1.5psの時定数で初期光誘起電荷分離が起こっているとの光反応に基づいて実験結果が解釈されている。従来モデルの枠組み内で我々の実験結果を解釈した場合には、これまでの推定よりも一桁速い0.17ps初期電荷分離が起こっているという結論に至る。これは、これまでに報告されているどの電子移動反応よりも速い時定数であり、本当にこれが初期電荷分離過程の時定数と解釈してよいのか、慎重に考察する必要がある。0.17psの過程は、PSI内の高速のエネルギー移動過程であり、より遅い6.9psの蛍光減衰過程を初期電荷分離とした新たな反応モデルに基づいて、現在実験結果の解析を行っている。

Research Products

• [Journal Article] Function of membrane protein in silica nanopores : Incorporation of photosynthetic light-harvesting protein LH2 into FSM (2006)
  • Author(s): Ippei Oda, Kotaro Hirata, Shoko Watanabe, Yutaka Shibata, Tsutomu Kajino, Yoshiaki Fukushima, Satoshi Iwai, Shigeru Itoh
  • Journal Title: J. Phys. Chem. B 110 Pages: 1114-1120
• [Journal Article] Fate determination of the flavin photoreceptions in the cyanobacterial blue light receptor TePixD (T110078) (2006)
  • Author(s): Okajima, Koji, Fukushima, Yoshimasa, Suzuki, Hiroyuki, Kita, Akiko, Ochiai, Yuriko, Katayama, Mitsunori, Shibata, Yutaka, Miki, Kunio, Noguchi, Takurni, Itoh, Shigeru, Ikeuchi, Masahiko
  • Journal Title: J. Mol. Biol. 363 Pages: 10-18
• [Journal Article] Femtosecond fluorescence spectroscopy and near-field spectroscopy of water-soluble tetra(4-sulfonatophenyl)porphyrin and its J-aggregate (2006)
  • Author(s): Atsushi Miura, Yutaka Shibata, Haik Chosrowja, Noboru Mataga, Naoto Tamai
  • Journal Title: J. Photochem. and Photobiol. A 178 Pages: 192-200
• [Journal Article] Low-temperature fluorescence from single chlorosomes, photosynthetic antenna complexes of green filamentous and sulfur bacteria (2006)
  • Author(s): Yutaka Shibata, Yoshitaka Saga, Hitoshi Tamiaki, Shigeru Itoh
  • Journal Title: Biophys. J. 91 Pages: 3787-3796
• [Journal Article] A new fluorescence band F689 in photosystem II revealed by picosecond analysis at 4-77 K : Function of two terminal energy sinks F689 and F695 in PSII (2006)
  • Author(s): Masayuki Komura, Yutaka Shibata, Shigeru Itoh
  • Journal Title: Biochim. Biophys. Acta 1757 Pages: 1657-1668