2020 Fiscal Year Research-status Report
紅色光合成細菌による近赤外光電変換メカニズムの解明
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19K06563
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
木村 行宏 神戸大学, 農学研究科, 准教授 (20321755)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 光合成 / 近赤外光 / 光電変換 / 紅色細菌 / uphillエネルギー移動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
地上に降り注ぐ太陽光の約4割は近赤外光であり、未利用のエネルギー資源である。原始の光合成生物である紅色光合成細菌は、低エネルギーの近赤外光を光 電変換する光捕集・電荷分離システム(光捕集1反応中心複合体:LH1-RC)を備えており、(1)低いエネルギーを高いエネルギーに変換するuphill型エネルギー移動および(2)効率的なキノン輸送型の電子伝達機構により近赤外光をエネルギー源とした光-物質変換を営んでいるが、両者の詳細な分子機構は不明である。 本研究では、より低いエネルギーを吸収し、より高いuphillエネルギー勾配を遡る紅色光合成細菌由来LH1-RCについて、色素間、色素ータンパク質間の特異的 な相互作用を紫外可視、赤外、ラマン分光学法を用いて詳細に解析することにより、(1)を検証する。また、LH1-RC複合体構造の異なる紅色光合成細菌におけるキ ノン輸送を赤外分光法を用いてモニタリングし、各種同位体置換やキノン置換の効果を調べることにより、(2)を検証する。(1)および(2)から得られた知見を元に、紅色光合成細菌における近赤外光電変換の分子メカニズムを解明することを目的としている。
今年度は、主に(2)について有益な知見を得た。はじめに紅色細菌由来の光合成膜を再構成する手法およびキノンの光還元をモニタリングする手法を確立した。次に、LH1-RCの13C置換体や側鎖長の異なるユビキノンを用いて人工再構成膜を構築し、光誘起赤外分光法により光合成キノン輸送機構を検証した結果、側鎖長に依存してキノン置換率が変化することを明らかにした。これらの結果とX線結晶構造の情報から、キノン分子がLH1タンパク質の膜貫通領域に存在する空間的制約のある疎水ポケットを通ってLH1-RC内外を移動していることが強く示唆された。
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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
今年度はT.tepidum由来LH1-RCにおけるキノン輸送機構を明らかにするため、ネイティブの分子環境（光合成膜）を模倣した再構成膜の調製方法を確立した。これにより、キノンを種々の外来キノンで置換したり、LH1-RCのみを同位体ラベルすることが可能となった。これらの手法と光誘起赤外分光測定を組み合わせることにより、光合成反応におけるキノンの挙動をモニタリング可能にした。得られた結果から、キノン分子がLH1タンパク質の膜貫通領域に存在する空間的制約のある疎水ポケットを通ってLH1-RC内外を移動していることを提唱し、学術論文に発表した。
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| Strategy for Future Research Activity |
紅色細菌におけるキノン輸送機構については、実験的に証明されておらず、種によって分子機構が異なる可能性がある。現在保有している紅色細菌には、LH1の形状が異なるもの、キノンの種類が異なるものなど様々なタイプの紅色細菌がある。従って、これまでに確立した実験系を他の紅色細菌にも適用し、分子構造とキノン輸送機構の関連性を明らかにしていく。
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Research Products
(6 results)
