2017 Fiscal Year Research-status Report
人工光合成の実現を目指した脂質膜の相分離を利用した光捕集アンテナベシクルの調製
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17K06937
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| Research Institution | Nara National College of Technology |
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Principal Investigator |
中村 秀美 奈良工業高等専門学校, 物質化学工学科, 教授 (70198232)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
林 啓太 奈良工業高等専門学校, 物質化学工学科, 講師 (10710783)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | プロセス・化学工学 / マイクロ・ナノバイオプロセス / 人工光合成 / 脂質膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では葉緑体に存在するチラコイド膜を模倣し，リポソームにクロロフィルa (Chla)をはじめとする光捕集系分子を含有することにより植物や微生物と同程度のエネルギー変換効率が実現可能な光捕集系を開発することを目的としている。リポソームは相分離，形，膜流動性など，条件によって異なる膜特性を有することが知られており，それらの膜特性を制御することで光捕集系分子の集積効率を上げることが可能であると考えられる。そこで，クロロフィルa (Chla)に注目し，様々なリン脂質組成を有するリポソームを用いることで，リン脂質膜内におけるクロロフィルa分子の集合挙動の制御について検討を行った。
Chlaに対してリン脂質DOPCとDOPG，コレステロール(chol) を種々の割合で混合してベシクルを作製した。凝集を示すパラメータであるChlaの吸収スペクトルのB bandにおける最も長波長側のピーク(B1)と近接するピーク(B2)の比B1/B2を評価したところ，リン脂質膜内において，Chlaは分散した状態と凝集した状態が存在することが分かった。リン脂質が3成分系の場合，cholの増加に伴いB1/B2値が低下したことから，chol相にはChlaが分配していないと考えられた。また，2成分系においても，cholが増加するにつれてB1/B2の値が低下したことから，Chlaがリン脂質相で凝集しており，リン脂質相の割合の減少に伴い，Chlaが集積すると考えられた。
次に，DOPCとDPPCどちらの相にChlaが分配しているかを確認するため，NBD-PEを添加したリン脂質を用いてFRET法により評価した。DPPCとDOPCの割合によってFRET効率は変化しなかったことから，ChlaはDOPC相，DPPC相ともに特異的には分配していないと考えられた。
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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
モデルチラコイド膜上におけるクロロフィルaを高度に制御するためには，より複雑な「ナノドメインサイズ」の相状態のコントロールが必要であるため，従来のTEMPO消光法とは異なる２つの新しい測定法（PyreneによるExcimer 蛍光，Coumarin，NBDを用いた FRET 法）を用いてより詳細に議論を行った．さらに，リン脂質DOPC，DPPCおよびコレステロール(Chol)を種々の割合で混合し、各温度における相分離を検討し，３層構造におけるサイズの決定やクロロフィルa(Chla)の凝集挙動を明らかにすることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
非イオン界面活性剤を用いた人工脂質のモデルチラコイド膜の 3相構造におけるサイズの決定を行うとともに，Chlaの凝集挙動の評価を行うことで、Chlaの集積効率が高くなる条件を明らかにする。さらに，様々な相分離・膜特性といった基礎的知見をもとに，人工光合成系としての応用例を検討する。
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| Causes of Carryover |
計画当初は備品として分光蛍光光度計を購入予定であったが，分析用マイクロ電子天秤に変更したため。次年度使用額はサイクリックボルタンメトリー測定装置(自作)の不足分に充てる予定である。
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