Elucidation of photosynthetic mechanism by extremely ultrafast spectroscopy
Publicly Offered Research
Project Area | Creation 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 |
20H05108
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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Allocation Type | Single-year Grants |
Review Section |
Complex systems
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Research Institution | Kumamoto University |
Principal Investigator |
小澄 大輔 熊本大学, 産業ナノマテリアル研究所, 准教授 (70613149)
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Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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Keywords | 光合成 / 超高速現象 / エネルギー移動 / 電子コヒーレンス / 極超短光パルス |
Outline of Research at the Start |
クリーンサブ10フェムト秒光パルス発生技術を確立し、これまで構築した高感度分光検出システムと組み合わせることで、電子・振動コヒーレンスの絶対位相決定が可能な測定を実現する。本申請で構築したコヒーレント分光システムを用いて、天然・人工光合成系物質の実時間振動分光計測を行う。位相・強度敏感な実時間振動計測を極限的弱励起条件下で行うことで、光合成色素分子間電子コヒーレンス散逸過程の詳細が明らかになり、光合成色素分子間相互作用の実時間発展という観点から超高効率エネルギー伝達機構を分子レベル解明する。得られた研究成果をもとに、人工光捕集系構築の提案を行う。
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Outline of Annual Research Achievements |
2021年度は、光合成初期反応過程において、極限的時間領域で起こる超高速光誘起現象を分子レベルで解明することを目的とした。光合成色素タンパク複合体に結合する光合成色素分子と、その周辺環境であるタンパク質との相互作用を反映する電子・振動コヒーレンスの実時間計測が可能なサブ10フェムト秒コヒーレント分光計測を構築し、光合成色素タンパク複合体の計測を行った。また、様々な時間領域をカバーできる時間分解計測を組み合わせることで、幅広い時間スケールでの光誘起輸送現象の解明を行った。具体的には、(1)可視域及び近赤外領域におけるサブ10フェムト秒光パルスを用いたコヒーレント分光計測、(2)100フェムト秒ポンプ・プローブ分光計測、(3)単一光子計数法を用いたピコ秒時間分解発光分光計測を行った。 (1)可視域では非同軸光パラメトリック増幅器、近赤外領域では中空糸ファイバーパルス圧縮及び直交偏光波発生によりサブ10フェムト秒光パルスの発生を行った。可視域分光では、シアノバクテリア由来集光アンテナ・フィコビリソームの一部を形成するフィコシアニン三量体において、多数の量子状態を形成しその量子状態間のコヒーレンスが観測された。近赤外域分光では、緑色硫黄細菌の光捕集の一部を賄う、FMOタンパク質において色素分子間コヒーレンスが観測された。いずれの場合も室温条件では、コヒーレンス時間は数百フェムト秒以下であったものの、このコヒーレンス時間内で起こるエネルギー移動が観測されていることから、高効率エネルギー伝達にコヒーレンスが関与することが示唆される。(2)、(3)の計測により、シアノバクテリア、紅藻、渦鞭毛藻、緑色硫黄細菌、ヘリオバクテリアにおけるエネルギー伝達および電子移動過程が解明された。
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Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(47 results)
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[Presentation] Energy transfer in PSI from cyanobacterium, red alga, and dinoflagellate2020
Author(s)
Hiroki Serikawa, Hayata Yamamoto, Keisuke Kawakami, Hiroko Uchida, Akio Murakami, Kimiko Nagayoshi, Toshinari Kuroki, Susumu Takio, Nobuo Kamiya, Daisuke Kosumi
Organizer
第58回日本生物物理学会年会
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