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2018 Fiscal Year Research-status Report

新規クロロフィルを用いた光化学系エネルギー変換機構の解明

Research Project

Project/Area Number 17K07453
Research InstitutionTokyo University of Science

Principal Investigator

鞆 達也  東京理科大学, 理学部第一部教養学科, 教授 (60300886)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Keywordsクロロフィル / 光化学系 / エネルギー移動 / 人工光合成
Outline of Annual Research Achievements

酸素発生型光合成において、クロロフィルaが合成機構・反応機構の基盤として機能する。しかし、このクロロフィルaよりも低エネルギーを使用する新規クロロフィル(d, f)の反応素過程を理解することは、特異的な光合成反応ばかりでなく、それを摂動として捉えることにより、一般的な光合成反応を知ることにつながる。本年度はクロロフィルfをもつ光化学系I, II標品の単離に前年度までに成功していることから、この標品をもちいて、定常及び時間分解分光法を用いて、励起エネルギー移動機構の解析を行った。その結果、室温に置いて長波長側のクロロフィルを励起することにより、短波長側に励起エネルギーが移動して蛍光を発することを観測した。また、この時、複数のクロロフィルfを経由してクロロフィルaにアップヒルにエネルギーが移動する知見を得た。エネルギー移動には吸収帯の重なりが必要なことから、アップヒルのエネルギー移動には吸収帯の大きな重なりが必要と示唆される。本成果により、明らかになった効率的なエネルギー移動機構により、アップヒルエネルギー移動の原理が明らかとなる。現在、本標品を用いて三次元結晶構造解析の準備を進めている。
また、本新規クロロフィルをもつ標品あるいはクロロフィルaをもつ標品を利用して、生体を用いた人工光合成系の開発も進めている。光化学系のエネルギーおよび電子移動の量子収率はほぼ1に近いことから、これら標品と炭素系新材料を組合わせた還元力の生成機構の構築を進めている。現在、光化学系IおよびIIと炭素系新素材とを組合わせて、光照射により水素を得ることに成功している。電子供与体として水を用いることにより持続的なエネルギー創生が可能になる。これらの他、好酸性藻類を用いてその生育機構を解明し、光合成の機構解明の報告も行った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

新規クロロフィルを含むシアノバクテリアより精製度の高い光化学系I,II標品の単離精製に成功し、この標品をもちいて励起エネルギー移動の解析を行った。吸収帯の重なりと近接が効率的なエネルギー移動を支えているとの知見を得ている。また、本標品を用いた構造解析にも着手しており、新規クロロフィルの局在部位を明らかにすることは光合成機構の解明に大きなインパクトを与えることが期待できる。また、生体を用いた人工光合成も水素を得るところまで研究が進行していることから、この系を用いた持続的なエネルギー生産の基盤技術の獲得が期待できる。

Strategy for Future Research Activity

この二年間の研究で新規クロロフィルをもつ光合成光化学系コア複合体の単離精製に成功している。今後は、この標品を用いて、生化学的処理、あるいは有機溶媒で処理することにより、結合しているクロロフィル数を減らすことを計画している。クロロフィル数の減少により、新規クロロフィルが光化学系のどこに局在し、機能しているかを分光的に明らかにしていく。
分光解析および構造解析により、新規クロロフィルの局在部位を明らかにし、低エネルギーから高エネルギー側への励起状態の移動機構を明らかにする。
これらを人工光合成に応用することにより、より効率的な系を創生していく計画である。

Causes of Carryover

大学の個人研究費で消耗品を購入したため。

  • Research Products

    (18 results)

All 2019 2018

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 5 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Hydrogen production from phototrophic microorganisms: Reality and perspectives2019

    • Author(s)
      Bolatkhan Kenzhegul、Kossalbayev Bekzhan D.、Zayadan Bolatkhan K.、Tomo Tatsuya、Veziroglu T. Nejat、Allakhverdiev Suleyman I.
    • Journal Title

      International Journal of Hydrogen Energy

      Volume: 44 Pages: 5799~5811

    • DOI

      10.1016/j.ijhydene.2019.01.092

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Photosynthesis supported by a chlorophyll f-dependent, entropydriven uphill energy transfer in Halomicronema hongdechloris cells adapted to far-red light2019

    • Author(s)
      Franz;Josef Schmitt,;leyha Yenice Campbell, Mai Vi Bui, Anne, Tatsuya Tomo, Min Chen, Eugene G. Maksimov, Suleyman I. Allakhverdiev, Thomas Friedrich
    • Journal Title

      PHOTOSYNTHESIS RESEARCH

      Volume: 139 Pages: 185-291

    • DOI

      10.1007/s1112 0-018-0556-2

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] The PsbQ′ protein affects the redox potential of the QA in photosystem II2018

    • Author(s)
      M. YAMADA, R. NAGAO, M. IWAI, Y. ARAI, A. MAKITA, H. OHTA, T. TOMO
    • Journal Title

      PHOTOSYNTHETICA

      Volume: 56 Pages: 185-191

    • DOI

      10.1007/s11099-018-0778-8

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Links between peptides and Mn oxide: nano-sized manganese oxide embedded in a peptide matrix2018

    • Author(s)
      Najafpour Mohammad Mahdi、Madadkhani Sepideh、Akbarian Somayyeh、Zand Zahra、Ho?y?ska Ma?gorzata、Kompany-Zareh Mohsen、Tatsuya Tomo、Singh Jitendra Pal、Chae Keun Hwa、Allakhverdiev Suleyman I.
    • Journal Title

      New Journal of Chemistry

      Volume: 42 Pages: 10067~10077

    • DOI

      10.1039/c8nj02119h

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Lysyl oxidase-like protein secreted from an acidophilic red alga, Cyanidium caldarium2018

    • Author(s)
      Tomo Tatsuya、Okumura Akinori、Suzuki Takehiro、Okuhara Mirai、Katayama Ruriko、Isayama Noboru、Nagao Ryo、Iwai Masako、Dohmae Naoshi、Enami Isao
    • Journal Title

      Plant Direct

      Volume: 2 Pages: e00084~e00084

    • DOI

      DOI: 10.1002/pld3.84

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] クロロフィル f の蓄積過程におけるエネルギー移動経路の解析2019

    • Author(s)
      篠田稔行、鞆達也、秋本誠志
    • Organizer
      新学術領域研究「革新的光物質変換」第2回公開シンポジウム
  • [Presentation] 光合成電子伝達系と酸化グラフェン間の移動反応2019

    • Author(s)
      曽根俊介、田中奨大、岩瀬 顕秀、工藤 昭彦、鞆達也
    • Organizer
      第8回日本生物物理学会関東支部会
  • [Presentation] クロロフィル f 蓄積過程のシアノバクテリアにおけるエネルギー移動経路の確立2019

    • Author(s)
      篠田稔行,新井啓史,田伏廣輝,秋本誠志,鞆達也
    • Organizer
      第60回日本植物生理学会年会
  • [Presentation] クロロフィル f 蓄積過程の光化学系I複合体におけるエネルギー移動経路の確立2019

    • Author(s)
      篠田稔行,新井啓史,秋本誠志,鞆達也
    • Organizer
      第60回日本植物生理学会年会
  • [Presentation] クロロフィルd 型光化学系IIにおける初期電子受容体フェオフィチンa の分光特性2019

    • Author(s)
      豊福玲於奈, 鞆達也
    • Organizer
      日本物理学会第74回年次大会
  • [Presentation] Chlorophyll f 蓄積過程における光化学系I複合体のエネルギー移動について2018

    • Author(s)
      篠田 稔行、新井 啓史、田伏 廣輝、横野 牧生、秋本 誠志、鞆 達也
    • Organizer
      第26回 光合成セミナー2018
  • [Presentation] 光化学系複合体と新規炭素材料間の電子移動2018

    • Author(s)
      曽根俊介、 田中奨大、鞆達也
    • Organizer
      第20回日本光生物学協会年会
  • [Presentation] Chlorophyll f 蓄積過程における光化学系I複合体のエネルギー移動とタンパク質組成の変化2018

    • Author(s)
      篠田稔行、 新井啓史、 田伏廣輝、 横野牧生、 秋本誠志、 鞆達也
    • Organizer
      第20回日本光生物学協会年会
  • [Presentation] 光化学系IIの初期電子受容体フェオフィチンaの分光学的性質2018

    • Author(s)
      豊福玲於、 篠田稔行、 鞆達也
    • Organizer
      第20回日本光生物学協会年会
  • [Presentation] Absorption and fluorescence properties of Photosystem II complex in a chlorophyll d-dominated cyanobacterium2018

    • Author(s)
      豊福 玲於奈, 秋本 誠志, 篠田 稔之, 鞆 達也
    • Organizer
      第56回日本生物物理学会年会
  • [Presentation] グラフェンFET上の金ナノ粒子とPSIを用いた光感知システム2018

    • Author(s)
      朱文超,西織大輝, Raphael Salles,宮地麻里子,山野井慶徳,生田昂,前橋兼三,鞆達也,西原寛
    • Organizer
      第9回分子アーキテクトニクス研究会
  • [Presentation] 光化学系I および白金ナノ粒子で構成される積層ナノシートの作製と物性評価2018

    • Author(s)
      宮地麻里子,Raphael ,朱文超,山野井慶徳,鞆達也,西原寛
    • Organizer
      第9回分子アーキテクトニクス研究会
  • [Presentation] Spectroscopic assignments of Photosystem II complex in a chlorophyll d-dominated cyanobacterium2018

    • Author(s)
      Reona Toyofuku, Seiji Akimoto, Toshiyuki Shinoda, Tatsuya Tomo
    • Organizer
      International Symposium on Photosynthesis and Chloroplast Biogenesis 2018
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2019-12-27  

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