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

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• 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)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 酒井 弘一 (株)日本ローバー, 常勤研究員
• 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, LH1,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、これら複合体の実際の空間配置(超分子配置)は現在のところ未解明である。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、昨年に引き続き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継続した。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。透過型電子顕微鏡(TEM)を用いた観測により、LH1複合体の直径10nmに対応する環状の構造体が細密充填構造を取り配列している画像を取得した。この画像データに対して、統計処理を行ったところ、環状構造体の直径は9.8±0.4nmで分布しており、その中心にRCに対応する構造が観測されることから、この環状構造体がLH1複合体に帰属できることを明らかにした。また、各LH1リングは細密充填構造を取り配列しているが、再隣接距離は約2nm程度、離れていることが明らかになった。LH2およびLH1の2種類のアンテナ色素蛋白複合体を持つ系に対して、TEM観察の物差しを作成する目的で、人為的に調製したリン脂質二重膜にアンテナ色素蛋白複合体を再構築した系に関して同様に研究した。初期的ではあるが、LH1に対応する環状構造体の観測に成功した。

Research Products

• [Publications] H.Hashimoto, K.Yanagi, M.Yoshizawa, D.Polli, G.Cerullo, G.Lanzani, S.De Silvestri, A.T.Gardiner, R.J.Cogdell: "The very early events following photoexcitation of carotenoids"Arch.Biochem.Biophys.. (In press). (2004)
• [Publications] K.Yanagi, A.T.Gardiner, R.J.Cogdell, H.Hashimoto: "The effect of inhomogeneous band-broadening on the nonlinear optical properties of hydrazones"Phys.Rev.B. (In press). (2004)
• [Publications] K.Yanagi, H.Hashimoto, A.T.Gardiner, R.J.Cogdell: "Stark spectroscopy on the LH2 complex from Rhodobacter sphaeroides G1C ; frequency and temperature dependence"J.Phys.Chem.B. (In press). (2004)
• [Publications] A.W.Roszak, K.McKendrick, A.T.Gardiner, I.A.Mitchell, N.W.Isaacs, R.J.Cogdell, H.Hashimoto, H.A.Frank: "Protein regulation of carotenoid Binding : gatekeeper and locking amino acid residues in reaction centers of Rhodobacter sphaeroides"Structure. (In press). (2004)
• [Publications] R.J.Cogdell, H.Hashimoto, A.T.Gardiner: "Purple bacterial light-harvesting complexes : from dreams to structures"Photosynth.Res.. (In press). (2004)
• [Publications] W.Wohlleben, T.Buckup, H.Hashimoto, R.J.Cogdell, J.L.Herek, M.Motzkus: "Pump-deplete-probe spectroscopy and the puzzle of carotenoid dark states"J.Phys.Chem.B. 108. 3320-3325 (2004)
• [Publications] H.Hashimoto, K.Yanagi: "photosynthesis and pigment-protein complexes"Electrochemistry. 71. 960-965 (2003)
• [Publications] S.Hirota, H.Inoue, R.Tateishi, H.Hashimoto, Y.Yomita, M.Murakoshi, T.Nigo, T.Sekimoto, J.Yokoyama, H.Funayama: "Assessment of conjunctional impression cytology method (CIC) of β-carotene and canthaxanthin fed vitamin A deficient rats"日本食生活学会誌. 14. 194-199 (2003)
• [Publications] A.Sugita, K.Yanagi, K.Kuroyanagi, H.Takahashi, S.Aoshima, Y.Tsuchiya, S.Tasaka, H.Hashimoto: "Photo-excited state of N-benzyl MNA studied by femtosecond time-resolved absorption spectroscopy"Chem.Phys.Lett.. 382. 693-698 (2003)
• [Publications] D.Polli, G.Cerullo, G.Lanzani, S.De Silvestri, H.Hashimoto, R.J.Cogdell: "Excited-state dynamics of carotenoids with different conjugation length"Synth.Metals. 139. 893-896 (2003)
• [Publications] H.Inoue, R.Tateishi, Y.Kimura, Y.Ozawa, K.Isobe, K.Nomura, T.Naoka, H.Hashimoto, S.Hirota: "Comparative study of different content in chlorophylls, carotenoids, vitamin C, E and Minerals among various vegetable crops"日本食生活学会誌. 13. 271-278 (2003)
• [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. 67. 174302 (2003)
• [Publications] K.Yanagi, T.Kobayashi, H.Hashimoto: "Origin of transition dipole-moment polarizability and hyperpolarizability in hydrazones"Phys.Rev.B. 67. 115122 (2003)
• [Publications] M.Yoshizawa, H.Aoki, M.Ue, H.Hashimoto: "Ultrafast relaxation kinetics in mini- and macro-carotenes investigated by femtosecond absorption and Raman spectroscopy"Carotenoid Science. 6. 24-25 (2003)
• [Publications] H.Inoue, A.Tateishi, Y.Kimura, Y.Ozawa, K.Isobe, K.Nomura, T.Maoka, H.Hashimoto, J.Shi, K.Zhao, S.Hirota: "Contents and compositions of chlorophylls, carotenoids, vitamin C, vitamin E, and minerals in deep color and light color vegetable crops and their correlation"Carotenoid Science. 6. 5-8 (2003)
• [Publications] 高橋 宏典, 橋本 秀樹: "超高速光エレクトロニクス技術ハンドブック"リアライズ理工センター. 618 (2003)