2017 Fiscal Year Annual Research Report
Clarification and Control of the Optical Functions of the Reconstituted Light-Harvesting Pigment-Protein Complexes from Purple Photosynthetic Bacteria with Polar Carotenoids
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16H04181
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| Research Institution | Kwansei Gakuin University |
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Principal Investigator |
橋本 秀樹 関西学院大学, 理工学部, 教授 (50222211)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 光合成 / アンテナ色素タンパク質複合体 / カロテノイド / 超高速レーザー分光 / コヒーレント分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光合成器官は，自然が創造した最も光エネルギー伝達・変換効率の良いバイオナノデバイズである。特に，褐藻類は，単一分子内に電荷供給体と受容体を合わせ持つ極性カロテノイドを光受容体として，その光励起状態で発現する分子内電荷移動（ICT）励起状態を活用し，クロロフィルへの高効率（90％以上）なエネルギー伝達を実現している。本研究は，紅色光合成細菌由来の光捕集タンパク質を基盤とした革新的プラットホームを開発し，これを用いて，カロテノイド－クロロフィル間の励起エネルギー移動の実時間計測・コヒーレント分光計測を行うことにより，高効率人工光合成光捕集アンテナ系を創製するための鍵を握る，ICT励起状態の発現機構及び電子・振動構造を解明することを目的としている。新規試料調製に関して，今年度は，昨年度に開発した手法を発展し，種々のカロテノイド試料に応用展開した。その結果，昨年度成功したフコキサンチン以外に，スピリロキサンチン，リコペン，β-アポ-8’-カロテナール，β-カロテンを紅色細菌由来のLH1複合体に再構成することに成功した。また，蛍光励起スペクトル測定により，各々のカロテノイドからバクテリオクロロフィルへの励起エネルギー移動を確認した。新規カロテノイド試料の探索のために，赤パプリカ由来のカプサンチンの単離・精製およびβ-アポ-8’-カロテナールのシス異性体の単離を確立した。これらの試料の基礎物性を得るために，Stark吸収分光測定およびフェムト秒時間分解吸収分光測定を行った。装置開発に関しては，サブ20フェムト秒非同軸光パラメトリック増幅器（NOPA）の作成と，４光波混合測定系の構築を行った。今後，同装置を用いて，得られた種々の試料に対する測定を開始する予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
高効率人工光合成アンテナ創出のための鍵となるカロテノイドの再構成技術を確立できた。超高速コヒーレント分光計測を実現するための，主要レーザー光源であるサブ20フェムト秒NOPAの作成と４光波混合測定系を構築できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
試料調製に関しては，紅色細菌由来のLH1複合体にカロテノイドを再構成した人工光合成アンテナの安定化を図る。そのために，既に実績のある，スチレンマレイン酸コポリマーを用いた試料調製に挑戦する。また，低温あるいはフローセルを用いた過渡吸収測定を試行することにより，再現性の良い時間分解分光計測データの蓄積を目指す。超高速コヒーレント分光計測に関しては，サブ20フェムト秒NOPAの性能を最適化し，４光波混合測定を実践する。その初期段階として，同測定系を用いて，サブ20フェムト秒でのポンプ・プローブ分光測定を行う。その後，より困難な４光波混合実験を行う。
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