生体分子配列系における量子化連鎖反応の生物化学的研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11223206
• Research Institution: YAMAGUCHI UNIVERSITY
• Principal Investigator: 三室 守 山口大学, 理学部, 教授 (40142004)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 村上 明男 神戸大学, 内海域機能教育研究センター, 助教授 (50304134)
• Keywords: 光合成 / 量子化反応 / エネルギー移動 / 超高速分光法 / カロテノイド / 緩和過程

Research Abstract

生体分子配列系でのエネルギー移動過程を、海産緑藻ミルでのカロテノイド-クロロフィル系について解析した。ケトカルボニル基を持ち、エネルギー移動効率の高い特異なカロテノイド、シフォナキサンチン、の溶液系での物性を精査し対照とした。また、カロテノイドの物性評価のために、βカロテン、ケトカルボニル基を含むモデル化合物として、βアポカロテナールについて、その励起緩和過程をフェムト秒時間分解蛍光アップコンバージョン法によって調べた。S_2状態の過剰な振動エネルギーを持つ振動状態に励起されたβカロテンでは、約60フェムト秒の分子内振動エネルギーの再配置(IVR)過程が明瞭に観察され、その後に振動緩和(VR)が起こった。一方、βアポカロテナールについてはVRのみが観測され、IVR過程は観測されなかったので、後者は時間分解能(30フェムト秒)以下の速い緩和であることが判明した(J.Phys.Chem.,印刷中)。シフォナキサンチンでは、βアポカロテナールと同じ緩和過程が観測された。ケトカルボニル基が存在するために、電子状態として(n,π)遷移を考慮し、そのエネルギー準位を調べることが重要であるので現在解析を進めている。一方、色素-タンパク質複合体中でのエネルギー移動を蛍光の偏光解消法によって調べてみると、励起直後0.4であった偏光度が1ピコ秒後には0.2付近まで低下していることが判明した。この値は色素-タンパク質中では複数存在するカロテノイド分子の間でエネルギー移動が起こることを示唆するもので、従来はまったく考えられることのなかった過程であり、今後の解析が重要な意味を持つことを示している。

Research Products

• [Publications] S.Satoh, M.Ikeuchi, M.Mimuro, A.Tanaka: "Chlorophyll b expressed in cyanobacteria functions as light-harvesting antenna in photosystem I through flexibility of the proteins"Journal of Biological Chemistry. 276. 4293-4297 (2001)
• [Publications] S.Akimoto, I.Yamazaki, T.Sakawa, M.Mimuro: "Temperature effects on excitation relaxation dynamics of the carotenoid, β-carotene and its analogue, β-apo-8'-carotenal, probed by the femtosecond fluorescence spectroscopy"Journal of Physical Chemistry. (in press). (2002)
• [Publications] M.Mimuro: "Visualization of excitation energy transfer processes in plants and algae"Photosynthesis Research. (In press). (2002)
• [Publications] 三室 守, 田中 歩: "「光合成色素系-光エネルギーの捕集」(植物生理学 光合成)"朝倉書店(印刷中). (2002)