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2023 Fiscal Year Annual Research Report

光合成の初発反応における励起・電荷分離の反応機構解明

Research Project

Project/Area Number 21H02447
Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionEhime University

Principal Investigator

杉浦 美羽  愛媛大学, プロテオサイエンスセンター, 准教授 (80312255)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 長澤 裕  立命館大学, 生命科学部, 教授 (50294161)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Keywords光合成 / 光化学系II / 励起・電荷分離 / P680 / クロロフィル
Outline of Annual Research Achievements

予定していたT. elongatusのChlD1, ChlD2, PD1, および、ChlD1とChlD2の同時変異を施した部位特異的遺伝子組換え体がようやく全て完成した。ChlD1とChlD2の一部の組換え体については、100コピーのゲノムのうちの一部が置換されずにかなり苦戦したが、細胞外から糖を取り込ませて解糖系でエネルギー合成させる機能を付与することによって、最終的に得ることに成功した。これらの全ての組換え体から光化学系II複合体タンパク質を精製し、P680の酸化還元電位への影響、強光照射下でのクロロフィル分解、水の酸化機能への影響などについて調べた。その結果、ChlD1の中心金属Mgのリガンドを水分子のOからアミノ酸のNに置換すると、P680の酸化還元電位が大きく低下したが、他のChlの組換え体については野生型と大きな変化は無いことが分かった。強光照射条件下では、ChlD2のリガンド変異体のクロロフィル分解が他の組換え体よりも顕著で、タンパク質分解も同様であった。一方、ChlD1リガンド組換え体、および、PD1組換え体については、光阻害を受けないことがわかった。ChlD2の光阻害について更に調べるために一重項酸素発生量を測定したところ、クロロフィル分解およびタンパク質分解の顕著であったChlD2組換え体は他の組換え体や野生型よりも3倍以上高く、これらの結果からChlD2が強光阻害防御機構に働いていることが示唆された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

これまで、約100コピー存在するゲノムコピーの一部が組み変わらず、苦戦しながら組換え体作製を試みていたが、アプローチをいくつ変えて、ようやく予定していたT. elongatusの7つの部位特異的遺伝子組換え体が全て完成した。そして、これらの組換え体のP680の酸化還元電位、水の酸化機能、強光条件における応答に関する実験が進んでおり、論文にして報告した。順調に研究が進んでいるといえる。
本研究目的とは直接関係ないが、本研究で作製した組換え体の1つが有用物質を作ることが明らかになり、特許出願の準備中である。現段階では、その内容については公表を差し控えたい。

Strategy for Future Research Activity

最終年度である今年度は、これまでに得られた組換え体を使って、光化学系IIで電荷分離直前に励起されるクロロフィル分子を特定し、電荷分離の反応機構について明らかにする。そのために、研究分担者が開発した超高速分光装置を用いてフェムト秒レベルでの時間分解分光を用いる予定である。また、昨年度の研究で4つのP680クロロフィルのうちのChlD2が光阻害防御機構に関与していることが示唆されたので、この機構について、特に、光化学系IIのまだ明らかになっていない副次的電子移動経路の観点から明らかにしたい。

  • Research Products

    (13 results)

All 2024 2023 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 4 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results)

  • [Int'l Joint Research] 国立フランス科学研究所 (CNRS)(フランス)

    • Country Name
      FRANCE
    • Counterpart Institution
      国立フランス科学研究所 (CNRS)
  • [Int'l Joint Research] インペリアルカレッジロンドン(英国)

    • Country Name
      UNITED KINGDOM
    • Counterpart Institution
      インペリアルカレッジロンドン
  • [Journal Article] Tuning of the ChlD1 and ChlD2 properties in Photosystem II by site-directed mutagenesis of neighbouring amino acids2024

    • Author(s)
      Sugiura, M., Kimura, M., Koyama, K., Nakamura, M., Shimamoto, N., Takegawa, Y., Selles, J., Boussac, A., and Rutherford, A.W.
    • Journal Title

      Biochim. Biophys. Acta (Bioenergetics)

      Volume: 1865 Pages: 149013

    • DOI

      10.1016/j.bbabio.2023.149013

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Spectral heterogeneity of phenol blue in protic solvents revealed by ultrafast nonradiative decay dynamics2024

    • Author(s)
      Tsubasa Hidaka, Taketomo Tanaka, Takayuki Murai, Takahiro Teramoto, Yutaka Nagasawa
    • Journal Title

      ChemPhotoChem

      Volume: 8 Pages: e202300163

    • DOI

      10.1002/cptc.202300163

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Absorption changes in Photosystem II in the Soret band region upon the formation of the chlorophyll cation radical [PD1PD2]+2023

    • Author(s)
      Boussac, A., Sugiura, M., Nakamura, M., Nagao, R., Noguchi, T., Viola, S., Rutherford, A.W., and Selles, J.
    • Journal Title

      Photosynth. Res.

      Volume: 26 Pages: online

    • DOI

      10.1016/j.bbabio.2023.148979

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Energetics and proton release in Photosystem II from Thermosynechococcus elongatus with a D1 protein encoded by either the psbA2 or psbA3 gene2023

    • Author(s)
      Boussac, A., Selles, J., and Sugiura, M.
    • Journal Title

      Biochim. Biophys. Acta (Bioenergetics)

      Volume: 1864 Pages: 148979

    • DOI

      10.1016/j.bbabio.2023.148979

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] フェムト秒過渡吸収スペクトル測定によるヘミインジゴの光異性化反応ダイナミクスの追跡2024

    • Author(s)
      長澤 裕,東 岳斗,邨井 孝行,木原 優,小島 理沙,寺本 高啓
    • Organizer
      日本化学会第104春季年会
  • [Presentation] Methylene blue decomposition by photosynthetic microorganisms2023

    • Author(s)
      S. Nomura, Z. Zhou, M. Sugiura, and J. Nakajima
    • Organizer
      7th International Workshop on Heat/Mass Transfer Advances for Energy Conservation and Pollution Control
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] P680クロロフィルの周辺構造と光阻害との関係2023

    • Author(s)
      杉浦 美羽
    • Organizer
      第18回JST-さきがけ領域会議
  • [Presentation] ソルバトクロミック分子のミクロ溶媒和ダイナミクス:フェノールブルーの無輻射失活に対する水素結合の影響2023

    • Author(s)
      長澤 裕,日髙 翼,田中 丈朝,邨井 孝行,寺本 高啓
    • Organizer
      第17回分子科学討論会2023
  • [Presentation] アモルファス中で凍結する分子運動2023

    • Author(s)
      長澤 裕
    • Organizer
      低温生物工学会第68回大会
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 有機系色素含有水の処理方法2023

    • Inventor(s)
      日浅(杉浦)美羽、野村信福、中島純一
    • Industrial Property Rights Holder
      日浅(杉浦)美羽、野村信福、中島純一
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2023-127024
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 重金属の分離方法2023

    • Inventor(s)
      日浅(杉浦)美羽、野村信福、中島純一
    • Industrial Property Rights Holder
      日浅(杉浦)美羽、野村信福、中島純一
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2023-127044

URL: 

Published: 2024-12-25  

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