色素置換による光合成エネルギー移動制御：色素集団と単量体の共存の重要性を理解する
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21K06104
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 43040:Biophysics-related
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| Research Institution | Kindai University |
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Principal Investigator |
佐賀 佳央 近畿大学, 理工学部, 教授 (60411576)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | 光合成 / 励起エネルギー移動 / 光収穫タンパク質 / バクテリオクロロフィル / クロロフィル / エネルギー移動 / 光捕集タンパク質 |
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| Outline of Research at the Start |
光合成反応の高効率性の基盤である光収穫タンパク質には、強く励起子相互作用している色素集団と励起状態が局在化している色素単量体が共存し、両者の関係性がエネルギー移動に重要である。そのため、光合成エネルギー移動の機構解明にはタンパク質内の色素集団と色素単量体の関係性の改変が有用である。そこで、紅色光合成細菌の光収穫タンパク質に結合する色素の置換によって、色素集団と単量体の機能的関係性を改変・制御する戦略を確立し、色素集団と色素単量体の関係性が励起エネルギー移動に果たしている役割を明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
光合成初期過程で機能している光収穫タンパク質は、光合成反応に必要な光エネルギーの大部分を集める重要なタンパク質である。これらの光収穫タンパク質の光機能の解明は、光合成反応の高効率性の要因の分子的基盤の理解に重要であるとともに、光エネルギー変換を行う人工システムを構築するうえで有用な情報を与えると考えられる。そこで本研究では、紅色光合成細菌の光収穫タンパク質を主な研究ターゲットとして、結合色素の置換によって、環状に配列している色素集団と色素単量体の機能的関係性を改変・制御し、励起エネルギー移動などの光機能への影響を明らかにすることで、これらの光収穫タンパク質の光機能メカニズムの解明を目指した研究を推進している。
本年度は前年度に引き続いて、紅色光合成細菌の辺縁光収穫タンパク質においてエネルギー供与体として機能する単量体状態の色素（B800バクテリオクロロフィルa）の変換を主に実施した。まず、エネルギー受容体として機能する色素集団の吸収帯が短波長シフトしているLH3タンパク質に関する研究を推進し、タンパク質に結合した状態のB800バクテリオクロロフィルaを直接的に3-アセチルクロロフィルaに変換することに成功し、励起エネルギー移動への影響を明らかにした。あわせて、LH3タンパク質のエネルギー受容体として機能する色素集団の吸収帯が外部環境に依存して変化することを明らかにした。また、LH2タンパク質に関する研究では、エネルギー供与体色素の再構成プロセスで重要である、B800バクテリオクロロフィルaが脱離したLH2タンパク質の物性解析を推進し、構造・機能・安定性などに関する情報を得た。また、現段階では構造が未解明な紅色光合成細菌Thermochromatium tepidumのLH2タンパク質の環状構造を、原子間力顕微鏡を用いた観測によって明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
紅色光合成細菌の辺縁光収穫タンパク質LH2とLH3のエネルギー供与体であるB800バクテリオクロロフィルaの改変を達成し、エネルギー受容体として機能するB850バクテリオクロロフィルa（LH2の場合）またはB820バクテリオクロロフィルa（LH3の場合）との関係性を制御し光機能への影響を解析できているため、順調に進行していると判断した。あわせて、これらの光収穫タンパク質の構造、機能や安定性といった本研究の推進に有用な情報も取得できていることも順調に進行していると判断した理由である。
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| Strategy for Future Research Activity |
光収穫タンパク質LH2とLH3のB800バクテリオクロロフィルaの改変と機能解析をさらに推進し、これらのタンパク質の光機能メカニズムの解明に重要な情報を取得していく予定である。
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Report
(2 results)
Research Products
(29 results)
