2013 Fiscal Year Annual Research Report
植物光合成の光化学系IIにおける初期電荷分離状態の立体構造
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25288004
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
小堀 康博 神戸大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (00282038)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三野 広幸 名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (70300902)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 光合成光化学系II / 電荷分離状態 / 立体構造 / 電子的相互作用 / 時間分解電子スピン共鳴法 / 量子コヒーレンス / 励起三重項状態 |
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| Research Abstract |
本研究では、高周波時間分解電子スピン共鳴分光法を駆使し、ホウレン草から抽出したPSIIタンパク質や、シアノバクテリアにおけるPSIIの反応中心において、光照射直後の第一段階目に生成する電荷分離状態の不対電子軌道を特定し、その立体構造と電子的相互作用を実験によって精密に決定する。このために、PSIIタンパク質に含まれるキノン分子を除去したD1D2 cytbコア反応中心複合体を取り出し、キノン分子への後続電荷分離過程をブロックさせたタンパク質を調製した（分担者：三野）。現有しているXバンド(9 GHz帯)時間分解電子スピン共鳴装置を用い、PSII試料の測定を様々な温度条件で行った。PSII酵素のキノン分子を二重還元させた試料においては、初期電荷分離状態PD1+PheoD1-が直接観測された。この電荷分離状態について、一重項と三重項スピン状態間の量子コヒーレンスが磁気的相互作用の異方性による影響を受ける効果を考慮したスペクトル解析を行い、初期電荷分離状態の立体構造と電子的相互作用の値を決定した。さらに、PSII酵素のキノン分子を除去したD1D2 cytbコア反応中心複合体においては、初期電荷再結合過程で生成した励起三重項状態のスペクトルを得ることに成功した。紅色細菌における初期電荷分離過程についても測定を行い、電荷再結合による信号の解析から、初期電荷分離状態の構造解析に成功した。高周波（Qバンド）時間分解電子スピン共鳴測定システムを立ち上げ、高分解能構造解析の準備も進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初では、PSIIタンパク質に含まれるキノン分子を除去したD1D2 cytbコア反応中心複合体の測定のみを計画していた。また、初期電荷分離状態の寿命が短いため、時間分解電子スピン共鳴による直接観測は不可能であると考えていた。初年度に共同研究者の三野准教授から、キノン分子を二重還元させた試料について提供を受け、時間分解電子スピン共鳴測定を行うことができた。この二重還元試料では、当初予想していなかった電荷分離状態の直接観測がなされ、さらに量子論に基づくスペクトル解析によって初期電荷分離状態の立体構造が具体的に明らかになってきた。その上、PSII酵素のキノン分子を除去したD1D2 cytbコア反応中心複合体においては、初期電荷再結合過程で生成した励起三重項状態のスペクトルを得ることに成功し初期電荷分離構造解析の足がかりを得ている。さらに紅色細菌においても、初期電荷再結合による信号の解析から、初期電荷分離状態の構造解析に成功しており、極めて順調に進捗している。
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| Strategy for Future Research Activity |
想定される初期電荷分離状態PD1+-PheoD1-における各ラジカルのg因子の異方性は極めて小さい。このため上記Xバンドマイクロ波による測定では、電荷分離状態における各ラジカルの分子配向は区別することができない。マイクロ波周波数がより高いQバンド(34 GHz帯)発信器による高速時間分解電子スピン共鳴法を用いれば、共鳴条件を満たす外部磁場強度B0がXバンド測定時よりも増大する。このためゼーマン相互作用によって誘起されるエネルギー(gβB0)が大きくなり、g因子による微小な異方性が飛躍的に強調される。高周波電子スピン共鳴法を用い励起三重項状態の量子ビートを観測することによって、初期電荷分離状態を形成する各ラジカルの分子配向を正確に求める。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
基金より次年度使用額が生じている。
試薬購入に使用する予定である。
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Research Products
(15 results)
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[Book] 分子光化学の原理2013
Author(s)
小堀康博、井上晴夫、伊藤攻、田島正弘、高木克彦、喜多村昇、唐津孝、山内清吾、嶋田哲也、福村裕史、池田憲昭、宮坂博、新井達郎、中島信昭、井上佳久、水野一彦、池田浩、太田英輔、狩野佑介、松井康哲、真嶋哲郎、藤塚守、高木慎介、鍋谷悠、伊藤攻、保田昌秀、白上努
Total Pages
433ページ (62-83), (105-135)
Publisher
丸善出版
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