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非酸素発生型光合成細菌の持つPS I タイプ反応中心の分子基盤と人工系への応用

Publicly Offered Research

Project AreaCreation of novel light energy conversion system through elucidation of the molecular mechanism of photosynthesis and its artificial design in terms of time and space
Project/Area Number 18H05163
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

大岡 宏造  大阪大学, 理学研究科, 准教授 (30201966)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2018: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Keywords光合成 / 反応中心 / 電子移動 / キノン / 超高速分光 / FTIR / ヘリオバクテリア / 緑色イオウ細菌 / 光合成反応中心
Outline of Annual Research Achievements

1.ヘリオバクテリア反応中心の極低温下での1分子分光:ヘリオバクテリア反応中心には一次電子受容体A0として、8(1)-OH-Chl aが2分子存在する。極低温下(6 K)においてChl a-A0の蛍光励起スペクトルを測定したところ、室温では670 nmのシングルピークを示していたが、2つのピークに分裂することが分かった。一方、米国グループが2017年に報告した高分解能データ(2.2オングストローム)は、ヘリオバクテリア反応中心は完全対称(C2対称)のホモダイマー型であることを示している。このことは、極低温下では分子の揺らぎが抑えられ、各分子はheterogeneityを示すが、アンサンブル標品で測定すると平均化されて区別されなていないことを意味する。つまり結晶構造かいせきでは平均化された座標を見ているが、1分子ずつを見ると左右対称に配置するChl a-A0とタンパクとの相互作用が異なり、それに伴ってエネルギー移動、電子移動の偏りが生じていることが明らかとなった(印刷中)。
2.超高速分光による過渡吸収変化の測定:ヘリオバクテリア反応中心のサブピコ秒からナノ秒までの差吸収スペクトル(400-900 nm)の経時変化を丹念に調べた。励起波長としては670, 770, 810 nmを用い、励起光強度は5 nJ/pulse、レーザーパルスは1 kHzの繰り返し(1 msおきの照射)とした。現在、結果について解析中である(投稿中)。
3.フーリエ変換赤外分光法(FTIR)によるキノール生成および光誘起構造変化の検出:膜標品を用いて光誘起FTIR差スペトルを測定したところ、1420 cm-1付近にキノール(QH2)に由来するかも知れない信号の蓄積を検出した。QH2由来の信号であるかどうかは、今後、13Cキノンへの置換等により信号がシフトすることを確認する必要がある

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (21 results)

All 2020 2019 2018 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 1 results) Book (2 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Cryogenic Single-Molecule Spectroscopy of the Primary Electron Acceptor in Photosynthetic Reaction Center2020

    • Author(s)
      T. Kondo, R. Mutoh, H. Tabe, G. Kurisu, H. Oh-oka, S. Fujiyoshi, and M. Matsushita
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. Lett.

      Volume: - Issue: 10 Pages: 3980-3986

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.0c00891

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 緑色硫黄細菌におけるRieske/cytb複合体の精製検討とcyt c-556との相互作用部位の同定2020

    • Author(s)
      岸本拓、長岡孝浩、浅井智広、武藤梨沙、田中秀明、宮ノ入洋平、栗栖源嗣、大岡宏造
    • Organizer
      第61回日本植物生理学会年会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Heliobacterium modesticaldumの反応中心におけるエネルギーおよび電子移動機構の時間分解分光測定2020

    • Author(s)
      小島理沙、山元颯太、浅井智広、小澄大輔、大岡宏造
    • Organizer
      第61回日本植物生理学会年会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Time-resolved spectroscopy of electron transfer processes upon selective excitation in the reaction center complex from Heliobacterium modesticaldum2019

    • Author(s)
      R. Kojima, C. Azai, S. Ando, T. Nakaniwa, H. Tanaka, G. Kurisu, C. Uragami, H. Hashimoto, D. Kosumi, H. Oh-oka
    • Organizer
      International Conference on Artificial Photosynthesis 2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Structural Analysis of the homodimeric photosynthetic reaction center with bound quinone from Heliobacterium modesticaldum2019

    • Author(s)
      T. Nakaniwa, R. Mutoh, K. Fushimi, T. Kondo, C. Azai, S. Itoh, T. Mizoguchi, H. Tamiaki, H. Tanaka, H. Oh-oka, G. Kurisu
    • Organizer
      International Symposium on Diffraction Structural Biology 2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Structural Analysis of the homodimeric photosynthetic reaction center from Heliobacterium modesticaldum2019

    • Author(s)
      T. Nakaniwa, R. Mutoh, K. Fushimi, T. Kondo, C. Azai, S. Itoh, T. Mizoguchi, H. Tamiaki, H. Tanaka, H. Oh-oka, G. Kurisu
    • Organizer
      1st Japan-US Binational Semninar 2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Structure-function relationships among the soluble domain of the Rieske protein and cytochromes in green sulfur bacteria2019

    • Author(s)
      H. Kishimoto, T. Yamamoto, R. Mutoh, H. Tanaka, G. Kurisu, H. Oh-oka
    • Organizer
      1st Japan-US Binational Semninar 2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Isolation of the Rieske/cytochrome b complex from green sulfur bacteria and interaction of the Rieske protein with cytochrome c-5562019

    • Author(s)
      H. Kishimoto, T. Nagaoka, C. Azai, R. Mutoh, H. Tanaka, Y. Miyanoiri, G. Kurisu and H. Oh-oka
    • Organizer
      第57回日本生物物理学会年会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Improved preparation of the reaction center complex from the green sulfur bacterium Chlorobaculum tepidum2019

    • Author(s)
      K. Wada, C. Azai, T. Nakaniwa, G. Kurisu and H. Oh-oka
    • Organizer
      第57回日本生物物理学会年会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Heliobacterium modesticaldum光合成反応中心への選択励起における励起エネルギー移動および電子移動反応2019

    • Author(s)
      小島理沙、山元颯太、浅井智広、小澄大輔、大岡宏造
    • Organizer
      第30回光物性研究会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] ヘリオバクテリア膜の光駆動キノン還元反応をFTIR分光法により検出する試み2018

    • Author(s)
      小島理沙、岸利華子、木村行宏、大岡宏造
    • Organizer
      第9回日本光合成学会年会および公開シンポジウム
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] ヘリオバクテリア由来タイプ1光合成反応中心の構造機能解析2018

    • Author(s)
      安藤俊介、仲庭哲津子、小島理沙、伏見こころ、田中秀明、大岡宏造、栗栖源嗣
    • Organizer
      第18回日本蛋白質科学会年会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] X-ray structure of the type-I reaction center from Heliobacterium modesticaldum at 3.2 angstrom2018

    • Author(s)
      T. Nakaniwa, R. Mutoh, K. Fushimi, A. Yasuda, T. Mizoguchi, H. Tamiaki, C. Azai, H. Tanaka, S. Itoh, H. Oh-oka and G. Kurisu
    • Organizer
      第56回日本生物物理学会年会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] The orientation of menaquinone in the heliobacterial reaction center analyzed with the EPR spectroscopy2018

    • Author(s)
      T. Kondo, C. Azai, S. Itoh and H. Oh-oka
    • Organizer
      第56回日本生物物理学会年会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] へリオバクテリアが持つタイプ1型光合成反応中心のX線結晶構造解析2018

    • Author(s)
      伏見こころ,仲庭哲津子,武藤梨沙,安田亜矢,溝口正,民秋均,浅井智広,田中秀明,伊藤繁,大岡宏造, 栗栖源嗣
    • Organizer
      日本結晶学会2018年度年会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Menaquinone (MQ) in the reaction center of Heliobacterium modesticaldum studied by ESP-EPR signal of P800+MQ-: its implication in the 3D structure2018

    • Author(s)
      H. Oh-oka, T. Kondo, C. Azai, T. Nakaniwa, H. Tanaka, G. Kurisu and S. Itoh
    • Organizer
      16th International Symposium on Phototrophic Prokaryotes
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The electron acceptor menaquinone (MQ) in heliobacterial type-1 reaction center: the detection of the ESP-EPR signal of P800+MQ- state and its interpretation in the 3D structure2018

    • Author(s)
      H. Oh-oka, T. Kondo, C. Azai, S. Itoh, T. Nakaniwa, H. Tanaka, G. Kurisu
    • Organizer
      2018 International Symposium of Innovative Research and Graduate Education in Biomedical Sciences
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Book] 膜タンパク質工学ハンドブック 第3編 第7章「光合成電子伝達鎖における膜結合型シトクロム」2020

    • Author(s)
      岸本拓、大岡宏造(分担執筆)
    • Publisher
      株式会社エヌ・ティー・エス
    • ISBN
      9784860435370
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Book] 膜タンパク質工学ハンドブック「光合成電子伝達鎖における膜結合型シトクロムc」2019

    • Author(s)
      岸本拓、大岡宏造(分担執筆)
    • Publisher
      株式会社エヌ・ティー・エス
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Remarks] 光合成反応の分子機構

    • URL

      http://www.bio.sci.osaka-u.ac.jp/~ohoka/index.html

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Remarks] 光合成反応の分子機構

    • URL

      http://www.bio.sci.osaka-u.ac.jp/~ohoka/publications.html

    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2021-01-27  

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