黄色植物光捕捉顆粒の分子構築とカロテノイド・クロロフィル間エネルギー転移機構

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03455014
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 加藤 哲也 京都大学, 理学部, 講師 (30025308)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田中 歩 京都大学, 理学部, 助手 (10197402) ; 辻 英夫 京都大学, 理学部, 教授 (20025323) ; 三室 守 基礎生物学研究所, 助手 (40142004)
• Keywords: フコキサンチン・クロロフィル複合体 / 光捕捉蛋白 / カロテノイド / 褐藻 / 黄色植物 / エネルギー転移

Research Abstract

1.Fucoxanthin-Chl a/c蛋白複合体(FCPA)に結合するfucoxanthin分子の性質:褐藻や珪藻の光合成で光捕捉は主としてFucoxanthinというカロテノイドによって行なわれ、この色素によって吸収された光エネルギーは高い効率でChl aに転移される。これらの藻類の光合成系でfucoxanthinはChl a,Chl cと共に、ひとつの蛋白に結合し複合体を作っているが(以下これをFCPAと呼ぶ)この複合体は赤褐色であるが、比較的簡単な温度処理(例えば40℃,90秒)によって緑色に変化することは先年報告した。この変化は不可逆で、この変化に伴ってfucoxanthinからChl aへのエネルギー転移は失われ、fucoxanthin分子がこの複合体のなかである歪みを受けた状態にあり、その状態がエネルギー転移に本質的であることを示している。FCPAの吸収変化の過程についてスペクトル解析を試み、活性のFCPAのfucoxanthinの吸収極大は単離状態のもの(Hexane溶液)より35nmほど長波長に移行し、吸収の型も通常のカロテノイドのものとは大きく異なり、Fucoxanthinがpolarizability の高い環境にあることが推測される。エネルギー転移消失の温度依存性は褐藻種によって差が見られ、沖縄産のEctocarpusのFCPAは北海道産の近縁種のそれより変移温度が6℃ほど高かったが、吸収変化速度のArrhenius plotから求めた活性化エネルギーは多くの褐藻種を通してほぼ同じ(45kJ/mole)であった。
2.エネルギー転移に関わるFucoxanthinの励起準位:カロテノイドの励起準位には不明の所が多いが、これにはカロテノイドの蛍光が極めて弱いことが原因となっている。完全に夾雑物を除去した標品で種々の溶媒中で蛍光測定を試み、650nmと740nmに蛍光を検出した。前者はfucoxanthinのS_2準位に、後者は禁制の励起準位(S_1)に由来し、Chl aへの励起転移は前者を通して行なわれていると推測される。

Research Products

• [Publications] Katoh,T.: "Spectral form of fucoxanthin involved in energy transfer to chlorophyll α in the light-harvesting proteins of brown algae" Proceeding of 9th International Congress on Photosynthesis,Nagoya,Aug 1992(in press),to be published from Kluwer Academic Publishers,The Netherlands(1993).
• [Publications] Katoh,T.: "Fucoxanthin-chlorophyll a/c protein in brown algae:their molecular assembly and energy transfer" Proceeding of 11th International Congress on Photobiology,Kyoto,Sept.1992(in press),to be published from Elsevier Publishers,Amsterdam (1993).
• [Publications] Nagae,H.: "Theoretical study on the interaction between carotenoid and bacteriochlorophyll. Calculations of the excitation transfer matrix elements between the S_2 or S_1 state of neurosporene and the S_2 or S_1 state of bateriochlorophyll α" J.Chem.Physics(in press).
• [Publications] Mimuro,M.: "Molecular structure and optical properties of carotenoids for the in vivo energy transfer function in the algal photosynthetic pigment system." Biochim.Biophys.Acta.1098. 271-274 (1992)
• [Publications] "Quantiative analysis of the solvent effect on the relaxation processes of carotenoids showing dual emissive characteristics." Chemical Physics Letter. 191. 219-224 (1992)
• [Publications] 加藤 哲也: "褐藻の光捕捉装置"
• [Publications] Katoh,T.: "Methods in Enzymology,Vol.214,Carotenoids(ed.L.Packer)" Academic Press(New York),