2002 Fiscal Year Annual Research Report

人工光合成色素蛋白超分子複合体の動作機構の解明

Research Project

Project/Area Number	14340090
Research Institution	Osaka City University
Principal Investigator	橋本秀樹大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 教授 (50222211)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	高橋宏典浜松ホトニクス(株), 中央研究所, 主任部員
Keywords	光合成 / アンテナ色素蛋白複合体 / 光反応中心複合体 / 人工色素蛋白超分子複合体 / カロテノイド / 超高速レーザー分光 / 電場変調吸収分光
Research Abstract	天然カロテノイドの一種であるスフェロイデン(共役C=C結合数10)の共役二重結合数及び共役位置を改変した一連のアナログ体の大量全合成方法を確立し、一連のアナログ体試料の調製を行った。カロテノイド欠損光合成細菌Rb. sphaeroides R26.1株を大量培養し、そこからクロマトフォア膜、つづいて光反応中心複合体(RC)の大量調製を行い、シッティング・ドロップ法により単結晶成長を行った。一方、得られたRCに前述のアナログカロテノイドを再構築した人工光反応中心複合体の大量調製を行い、同様の手法を用いて単結晶成長を行った。作成した単結晶試料のX線構造解析を行い、天然及び人工RCの詳細な構造情報を得た。カロテノイド周辺の電子密度分布に焦点をあてた場合、人工RCの場合においても天然と同様にアナログカロテノイドが15シス構造を取ってRCに結合すること、カロテノイドの有無でアミノ酸残基(フェニルアラニンM162)の位置がフリップすること、及びカロテノイドに存在するメトキシ基とアミノ酸残基(トリプトファンM75)とが水素結合していることが明らかになった。つまり、カロテノイドがRCに再構築するには一定の方向性が存在し、フェニルアラニンM162はカロテノイドが再構築される際に門番としてのトリプトファンM75は鍵としての役割を果たしている。アナログカロテノイドを再構築した人工RCの電場変調吸収スペクトルの測定を行い、アポ蛋白質にカロテノイド分子が取り込まれた際の光学非線形性の発現に関して調査したところ、トリプトファンM75との水素結合により共役ポリエン部分に電荷の偏りが生じることにより非線形性ふぁ増大することが分かった。これらの事に加え、カロテノイドのアンテナ色素としての機能発現に関して、10フェムト秒を切る超高速レーザー分光を適用することにより、従来から知られている一光子許容な^1B_u^+状態と禁制な2^1A_g^-状態の2つの一重項励起状態の間に別の一重項励起状態が存在し、励起状態の緩和に関与することを実時間で明らかにした。この結果を米科学誌サイエンスに発表した。

Research Products
(15 results)

All Other

All Publications (15 results)

[Publications] M.Yoshizawa, H.Aoki, M.Ue, H.Hashimoto: "Ultrafast relaxation kinetics of Excited states in a series of mini-and macro-β-carotenes"Phys.Rev.B. (In press). (2003)
[Publications] K.Kuroyanagi, H.Takahashi, K.Yanagi, A.Sugita, H.Hashimoto, S.Aoshima, Y.Tuchiya: "Generation and detection of terahertz radiation from and organic single crystal using a regenerative amplifier"Proc.APLS2002. (In press). (2003)
[Publications] K.Yanagi, T.Kobayashi, H.Hashimoto: "Origin of transition dipole-moment polarizability and hyperpolarizability in hydrazones"Phys.Rev.B. 67. 115122-1-115122-9 (2003)
[Publications] T.Sashima, H.Hashimoto, S.Koshihara: "Selective isomerization of retinal upon two-photon excitation"Chem.Phys.Lett.. 369. 380-385 (2003)
[Publications] G.Cerullo, D.Poli, G.Lanzani, S.De Silvestri, H.Hashimoto, R.J.Cogdell: "Photosynthetic light harvesting by carotenoids : detection of an intermediate excited state"Science. 298. 2395-2398 (2002)
[Publications] M.Yoshizawa, H.Hashimoto: "Vibrational relaxation of excited states in a series of carotenes with several polyene lengths"SPIE proc. of International Symposium on Optical Science and Technology. 4812. 15-23 (2002)
[Publications] A.J.Young, D.M.Phillip, H.Hashimoto: "Ring-to-chain conformation may be a determining factor in the ability of xanthophylls to bind to the bulk light-harvesting complex of plants"J.Mol.Struct.. 642. 137-145 (2002)
[Publications] M.Yoshizawa, H.Aoki, H.Hashimoto: "Femtosecond time-resolved Raman signals on ultra-fast dynamics in all-trans-β-carotene"Bull.Chem.Soc.Japan. 75. 949-955 (2002)
[Publications] D.Phillip, S.Hobe, H.Paulsen, P.Molnar, H.Hashimoto, A.J.Young: "The binding of xanthophylls to the bulk light-harvesting complex of photosystem II of higher plants : a specific requirement for carotenoids with a 3-hydroxy-β-end group"J.Biol.Chem.. 277. 25160 (2002)
[Publications] S.Hirota, H.Inoue, A.Tateishi, K.Sekimoto, J.Yokoyama, H.Funayama, F.Hirahata, M.Oyaizu, H.Hashimoto: "Metabolism and the effects on anti-oxidant activity of carotenoids fed on vitamin a deficient rats ; the effect of additional sodium cholate"Carotenoid Science. 5. 28-29 (2002)
[Publications] Y.Kameoka, K.Yanagi, T.Yamada, T.Kobayashi, R.J.Cogdell, H.Hashimoto: "Nonlinear optical properties of carotenoids bound to chromatophore membranes"Carotenoid Science. 5. 37-38 (2002)
[Publications] K.Yanagi, T.Nakashima, T.Yamada, T.Kobayashi, H.Hashimoto: "Nonlinear optical properties of hydrazones derived from biological polyenes"Carotenoid Science. 5. 41-42 (2002)
[Publications] S.Hirota, H.Inoue, A.Tateishi, K.Sekimoto, J.Yokoyama, H.Funayama, F.Hirahata, M.Ouaizu, H.Hashimoto: "Effect of antioxidation and metabolism of β-carotene and canthaxanthin fed vitamin A deficient rats"Nihon Shokuseikatsu Gakkaishi. 13. 27-34 (2002)
[Publications] R.Fujii, K.Furuichi, J.-P.Zhang, H.Nagae, H.Hashimoto, Y.Koyama: "Cis-to-trans isomerization in triplet spheroidene as detected by time-resolved absorption spectroscopy"J.Phys.Chem.A. 106. 2410-2421 (2002)
[Publications] H.Hashimoto, T.Yoda, T.Kobayashi, A.J.Young: "Molecular structures of carotenoids as predicted by MNDO-AM1 molecular orbital calculations"J.Mol.Struct.. 604. 125-146 (2002)

2002 Fiscal Year Annual Research Report

人工光合成色素蛋白超分子複合体の動作機構の解明

Principal Investigator

橋本 秀樹 大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 教授 (50222211)

Research Products

[Publications] M.Yoshizawa, H.Aoki, M.Ue, H.Hashimoto: "Ultrafast relaxation kinetics of Excited states in a series of mini-and macro-β-carotenes"Phys.Rev.B. (In press). (2003)

[Publications] K.Kuroyanagi, H.Takahashi, K.Yanagi, A.Sugita, H.Hashimoto, S.Aoshima, Y.Tuchiya: "Generation and detection of terahertz radiation from and organic single crystal using a regenerative amplifier"Proc.APLS2002. (In press). (2003)

[Publications] K.Yanagi, T.Kobayashi, H.Hashimoto: "Origin of transition dipole-moment polarizability and hyperpolarizability in hydrazones"Phys.Rev.B. 67. 115122-1-115122-9 (2003)

[Publications] T.Sashima, H.Hashimoto, S.Koshihara: "Selective isomerization of retinal upon two-photon excitation"Chem.Phys.Lett.. 369. 380-385 (2003)

[Publications] G.Cerullo, D.Poli, G.Lanzani, S.De Silvestri, H.Hashimoto, R.J.Cogdell: "Photosynthetic light harvesting by carotenoids : detection of an intermediate excited state"Science. 298. 2395-2398 (2002)

[Publications] M.Yoshizawa, H.Hashimoto: "Vibrational relaxation of excited states in a series of carotenes with several polyene lengths"SPIE proc. of International Symposium on Optical Science and Technology. 4812. 15-23 (2002)

[Publications] A.J.Young, D.M.Phillip, H.Hashimoto: "Ring-to-chain conformation may be a determining factor in the ability of xanthophylls to bind to the bulk light-harvesting complex of plants"J.Mol.Struct.. 642. 137-145 (2002)

[Publications] M.Yoshizawa, H.Aoki, H.Hashimoto: "Femtosecond time-resolved Raman signals on ultra-fast dynamics in all-trans-β-carotene"Bull.Chem.Soc.Japan. 75. 949-955 (2002)

[Publications] D.Phillip, S.Hobe, H.Paulsen, P.Molnar, H.Hashimoto, A.J.Young: "The binding of xanthophylls to the bulk light-harvesting complex of photosystem II of higher plants : a specific requirement for carotenoids with a 3-hydroxy-β-end group"J.Biol.Chem.. 277. 25160 (2002)

[Publications] S.Hirota, H.Inoue, A.Tateishi, K.Sekimoto, J.Yokoyama, H.Funayama, F.Hirahata, M.Oyaizu, H.Hashimoto: "Metabolism and the effects on anti-oxidant activity of carotenoids fed on vitamin a deficient rats ; the effect of additional sodium cholate"Carotenoid Science. 5. 28-29 (2002)

[Publications] Y.Kameoka, K.Yanagi, T.Yamada, T.Kobayashi, R.J.Cogdell, H.Hashimoto: "Nonlinear optical properties of carotenoids bound to chromatophore membranes"Carotenoid Science. 5. 37-38 (2002)

[Publications] K.Yanagi, T.Nakashima, T.Yamada, T.Kobayashi, H.Hashimoto: "Nonlinear optical properties of hydrazones derived from biological polyenes"Carotenoid Science. 5. 41-42 (2002)

[Publications] S.Hirota, H.Inoue, A.Tateishi, K.Sekimoto, J.Yokoyama, H.Funayama, F.Hirahata, M.Ouaizu, H.Hashimoto: "Effect of antioxidation and metabolism of β-carotene and canthaxanthin fed vitamin A deficient rats"Nihon Shokuseikatsu Gakkaishi. 13. 27-34 (2002)

[Publications] R.Fujii, K.Furuichi, J.-P.Zhang, H.Nagae, H.Hashimoto, Y.Koyama: "Cis-to-trans isomerization in triplet spheroidene as detected by time-resolved absorption spectroscopy"J.Phys.Chem.A. 106. 2410-2421 (2002)

[Publications] H.Hashimoto, T.Yoda, T.Kobayashi, A.J.Young: "Molecular structures of carotenoids as predicted by MNDO-AM1 molecular orbital calculations"J.Mol.Struct.. 604. 125-146 (2002)

橋本秀樹大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 教授 (50222211)