2002 Fiscal Year Annual Research Report

原子間力顕微鏡を用いた光合成アンテナ色素蛋白複合体超分子配置のイメージング

Research Project

Project/Area Number	14654072
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)
Keywords	原子間力顕微鏡 / 光合成膜 / 超分子配置 / アンテナ性色素蛋白複合体 / 電子顕微鏡 / イメージング
Research Abstract	光合成細菌の光合成系は二種類のアンテナ色素蛋白複合体(LH1及びLH2)と光反応中心(RC)の3つの色素蛋白複合体が有機的に結合した超分子配置を形成することにより生理機能を発現している。光合成膜蛋白質の結晶構造解析の成功により、RC, H1,LH1-RCコア複合体,LH2の構造が原子スケールで明らかにされつつある。LH1,LH2の2種類のアンテナ複合体の空間配列については、物性データを解釈する際のモデルとして便宜的な構造が仮定されている。しかしながら、「実際に生理機能を有する(生きている)光合成膜でアンテナ複合体の空間配置はどのようになっているのか?」と言う素朴な疑問については、光合成初期過程の機構解明の最も基本的な概念であるにも関わらず、現在のところその回答を見出そうする機運すら存在しない。本研究の目的は、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて生理活性を有する光合成膜のその場観察を行い、集光性色素蛋白複合体の超分子配置のマッピング行うことである。今年度は、その手初めとしてAFM測定に最適と考えられる平坦な光合成膜を持つ紅色光合成細菌Rps. viridis及びRps. acidophilaから調製した光合成膜試料に焦点を絞り、画像計測の物差しを作成することを目的として研究を行った。Rps. viridisにはアンテナ複合体としてLH1複合体の一つしか存在しないことが知られている。AFM計測を行ったところ、初期的ではあるがこのLH1に対応すると考えられる直径約100Å程度のリング画像の取得に成功した。Rps. acidophilaではこの大きなリングの他にLH2に由来すると考えれるサイズの小さなリング画像が混在している初期イメージが取得できた。独立な手法を用いて得られたAFM画像の同定を行う目的で、透過型電子顕微鏡を用いた光合成膜の観察を開始した。紅色光合成細菌Rps. pulstrisとRb. sphaerodiesから調製した光合成膜に関して初期的データの取得に成功しており、現在、シミュレーション等を行うことにより得られた画像が色素蛋白複合体のものと考えて妥当かどうかの検討を行っている。

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 an 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. 25160-25169 (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.Coddell, 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

原子間力顕微鏡を用いた光合成アンテナ色素蛋白複合体超分子配置のイメージング

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 an 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. 25160-25169 (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.Coddell, 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)