１タンパク質レベルでみる生体内電子移動反応：速度・構造・物性の相関関係の解明

• Project/Area Number: 26810003
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Physical chemistry
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 近藤 徹 東京工業大学, 理工学研究科, JSPS特別研究員 (30452204)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2016: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000); Fiscal Year 2015: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000); Fiscal Year 2014: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: 単一分子分光 / 単一タンパク質分光 / 顕微分光 / 光合成反応中心 / 光合成 / 電子移動 / エネルギー移動 / 光合成アンテナ系

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、単一タンパク質内で生じる電子移動の速度とタンパク質構造・物性の同時解析及びそれらの相関関係の解明である。今年度は、光合成細菌ヘリオバクテリアの光合成反応中心タンパク質（hRC）内で電子移動担体として機能するクロロフィル色素（Chl a-A0）の１分子スペクトルを検出し解析した。新たに開発した顕微分光装置を用い、Chl a-A0 １分子の測定系を確立した。fs レーザー光をフォトニック結晶ファイバーに入射して得られた広帯域（500～1000 nm）のスーパーコンティニューム（SC）光をプリズムで分光し、波長可変光源として用いた。NA=0.6の反射対物レンズを組み込んだ反射型顕微鏡を作製し、光源と接続した。サンプルはクライオスタッド内にセットし、６Kで測定を行った。pM程度に希釈したhRC溶液をCaF2基板にスピンコートし、2D蛍光画像を測定すると、疎らに分布する輝点が観測された。輝点の蛍光が１ステップで光退色することを確認した。このような１ステップ光退色は単一粒子に特徴的な現象であり、輝点が単一hRC由来であることを示す。単一hRCの励起スペクトルを測定し、670 nm付近にシャープなピークを観測した。励起光強度に対する蛍光飽和特性から、Chl a-A0由来のピークと同定できた。タンパク質内の電子移動に関わる色素の１分子分光はこれまでに例がなく新規の結果である。Chl a-A0 １分子のピーク波長や線形が時間変化することも確認した。さらに高速な過渡変化をモニターするには信号の検出感度を上げる必要があったため、高NA（=0.97）新型対物レンズの使用を考えたが、レンズ視野の問題で安定した測定が難しかった。今後の課題として、改良を加えたレンズを新たに設計・作製する必要がある。低温ほど信号強度が上昇したため、超流動ヘリウム温度（1.5 K）での測定も不可欠である。

Research Products

• [Journal Article] Dark-operative protochlorophyllide oxidoreductase generates substrate radicals by an iron-sulphur cluster in bacteriochlorophyll biosynthesis (2014)
  • Author(s): J. Nomata, T. Kondo, T. Mizoguchi, H. Tamiaki, S. Itoh, Y. Fujita
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 4 Issue: 1 Pages: 5455-5455
  • DOI: 10.1038/srep05455
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Single-molecule spectroscopic study of photosynthetic reaction center at 6 K (2014)
  • Author(s): T. Kondo, R. Mutoh, G. Kurisu, H. Oh-oka, S. Fujiyoshi, M. Matsushita
  • Organizer: 第５２回生物物理学会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（北海道）
  • Year and Date: 2014-09-25 – 2014-09-27
  • Invited
• [Presentation] １分子レベルでみた光合成反応中心タンパク質の分光特性 (2014)
  • Author(s): 近藤徹, 武藤梨沙, 栗栖源嗣, 大岡宏造, 藤芳暁, 松下道雄
  • Organizer: 第8回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 広島大学 東広島キャンパス （広島）
  • Year and Date: 2014-09-21 – 2014-09-24
• [Presentation] 6 K における光合成反応中心タンパク質の単一分子分光解析 (2014)
  • Author(s): 近藤徹, 武藤梨沙, 栗栖源嗣, 大岡宏造, 藤芳暁, 松下道雄
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学（愛知）
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [Presentation] Single-molecule spectroscopy of an electron transfer component in photosynthetic reaction center at 6 K (2014)
  • Author(s): T. Kondo, R. Mutoh, G. Kurisu, H. Oh-oka, S. Fujiyoshi, M. Matsushita
  • Organizer: Gordon Research Seminar/Conference (Single Molecule Approaches to Biology)
  • Place of Presentation: Lucca, Italy (Renaissance Tuscany Il Ciocco Resort)
  • Year and Date: 2014-07-12 – 2014-07-18
• [Presentation] 緑色硫黄細菌のRCコアアンテナ系の分子生物学的解析 (2014)
  • Author(s): 浅井智広、近藤徹、伊藤繁、大岡宏造
  • Organizer: 第22回 光合成の色素系と反応中心に関するセミナー
  • Place of Presentation: 名古屋工業大学
  • Year and Date: 2014-07-12 – 2014-07-13
• [Presentation] I型反応中心のキノン反応：ヘリオバクテリアホモダイマーRCとPSIの戦略の違い (2014)
  • Author(s): 伊藤繁、近藤徹、浅井智広、大岡宏造
  • Organizer: 第22回 光合成の色素系と反応中心に関するセミナー
  • Place of Presentation: 名古屋工業大学
  • Year and Date: 2014-07-12 – 2014-07-13
• [Presentation] ヘリオバクテリア I 型反応中心のキノン反応・部位はPSIと異なる (2014)
  • Author(s): 近藤徹、浅井智広、大岡宏造、伊藤繁
  • Organizer: 第5回光合成学会
  • Place of Presentation: 近畿大学（奈良キャンパス）
  • Year and Date: 2014-05-30 – 2014-05-31
• [Presentation] 緑色硫黄細菌のタイプI 型RC はPS I とは異なるエネルギー移動系をもつ (2014)
  • Author(s): 浅井智広、近藤徹、伊藤繁、大岡宏造
  • Organizer: 第5回光合成学会
  • Place of Presentation: 近畿大学（奈良キャンパス）
  • Year and Date: 2014-05-30 – 2014-05-31