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2016 Fiscal Year Annual Research Report

Polyfunctional carotenoid synthesis toward elucidation of highly efficient energy transfer by marine photosynthetic organisms

Research Project

Project/Area Number 26410183
Research InstitutionOsaka City University

Principal Investigator

坂口 和彦  大阪市立大学, 大学院理学研究科, 准教授 (80264795)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 勝村 成雄  大阪市立大学, 大学院理学研究科, 客員教授 (70047364)
Project Period (FY) 2014-04-01 – 2017-03-31
Keywordsフコキサンチン / 光合成初期過程 / 超分子複合体 / 超効率的エネルギー伝達 / ICT準位 / パラセントロン / 両官能性C5ジエン / クロスカップリング
Outline of Annual Research Achievements

藻類由来の多官能性カロテノイドであるフコキサンチンは、海洋光合成初期過程において、クロロフィルおよびタンパク質と共に超分子複合体(FCP)を形成し、吸収した光エネルギーを超効率的に(80%以上)クロロフィルへ伝達する。本研究の目的は、この超効率的エネルギー伝達機構の解明である。これまでの研究により、超効率的なエネルギー伝達に関与すると考えられるICT(分子内電荷移動)エネルギー準位の存在を実証し、フコキサンチンが持つ特徴的な構造(アレンおよびカルボニル基が共役したポリエン)がICT準位の発現を可能にすることを明らかにした。しかし、FCPの再構成は未だ達成されておらず、エネルギー伝達機構の解明には至っていない。
光合成細菌由来のカロテノイドであるスフェロイデノンは、鎖状のポリエン構造を持ち、超分子複合体の再構成技術が確立されている。本研究では、ICT特性を持ち、超分子複合体の再構成が期待できる化合物としてパラセントロンを設計した。パラセントロンは、天然物アポカロテノイドであり、スフェロイデノンの鎖状構造とフコキサンチンのポリエン構造を合わせ持つハイブリッド化合物である。パラセントロンの効率的な合成を達成し、超分子複合体の再構成と機能解析により、光合成の超効率的なエネルギー伝達機構の解明を目指すこととした。
前年度までに、ポリエン骨格の構築のため新奇な両官能性C5ジエンユニットを開発し、クロスカップリング反応を鍵とするパラセントロンの立体選択的合成を達成した。しかし、アレン構築下でのホウ素官能基の共存性に課題が残った。
今年度は、アレン構築後にクロスカップリングを行う新ルートにより先の課題を解決し、パラセントロンの改良合成に成功した。得られたパラセントロンの時間分解吸収スペクトル測定により、パラセントロンがフコキサンチンと類似のICT特性を有することを明らかにできた。

  • Research Products

    (15 results)

All 2017 2016

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Journal Article] Strategies to enhance the excitation energy-transfer efficiency in the light-harvesting system using the intra-molecular charge transfer character of carotenoids2017

    • Author(s)
      N. Yukihira, Y. Sugai, M. Fujiwara, D. Kosumi, M. Iha, K. Sakaguchi, S. Katsumura, A. T. Gardiner, R. J. Cogdell, H. Hashimoto
    • Journal Title

      Faraday Discuss.

      Volume: in press Pages: in press

    • DOI

      10.1039/C6FD00211K

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Excited State Properties of β-Carotene Analogs Incorporating a Lactone Ring2017

    • Author(s)
      D. Kosumi, T. Kajikawa, K. Sakaguchi, S. Katsumura, H. Hashimoto
    • Journal Title

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      Volume: 19 Pages: 3000-3009

    • DOI

      10.1039/c6cp06828f

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Stereocontrolled Synthesis of Paracentrone2017

    • Author(s)
      Y. Nishioka, Y. Yano, N. Kinashi, N. Oku, Y. Toriyama, S. Katsumura, T. Shinada, K. Sakaguchi
    • Journal Title

      Synlett

      Volume: 28 Pages: 327-332

    • DOI

      10.1055/s-0036-1588906

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Spectroscopic Investigation of the Carotenoid Deoxyperidinin: Direct Observation of the Forbidden S0 → S1 Transition2016

    • Author(s)
      J. A. Greco, A. M. LaFountain,1 N. Kinashi, T. Shinada, K. Sakaguchi, S. Katsumura, N. C. M. Magdaong, D. M. Niedzwiedzki, R. R. Birge, H. A. Frank
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. B.

      Volume: 120 Pages: 2731-2744

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.6b00439

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Preparation of E-α-Stannyl-β-trimethylsilylethynylacrylate, Building Block for Polyconjugated Ylidenebutenolide and Its Derivatives, by Novel E-Selective Ethynylstannylation of Propiolate2016

    • Author(s)
      N. Kinashi, K. Sakaguchi, S. Katsumura, T. Shinada
    • Journal Title

      Tetrahedron Lett.

      Volume: 57 Pages: 129-132

    • DOI

      10.1016/j.tetlet.2015.11.079

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Total Synthesis of Paracentrone Using Bifunctional C5 Diene Units2017

    • Author(s)
      Y. Nishioka, Y. Yano, N. Kinashi, N. Oku, Y. Toriyama, S. Katsumura, T. Shinada, K. Sakaguchi
    • Organizer
      日本化学会第97春季年会
    • Place of Presentation
      慶應義塾大学日吉キャンパス(神奈川、横浜市)
    • Year and Date
      2017-03-16 – 2017-03-19
  • [Presentation] Investigation of the fucoxanthin reconstituted light-harvesting 1 complex from a purple photosynthetic bacterium rubrum G9+2017

    • Author(s)
      N. Yukihira, Y. Sugai, M. Fujiwara, D. Kosumi, M. Iha, K. Sakaguchi, S. Katsumura, A. T. Gardiner, R. J. Cogdell and H. Hashimoto
    • Organizer
      日本化学会第97春季年会
    • Place of Presentation
      慶應義塾大学日吉キャンパス(神奈川、横浜市)
    • Year and Date
      2017-03-16 – 2017-03-19
  • [Presentation] Reconstitution of the Light-harvesting 1 Complex from a Purple Photosynthetic Bacterium Rhodospirillum rubrum G9+ with Fucoxanthin2017

    • Author(s)
      N. Yukihira, Y. Sugai, M. Fujiwara, D. Kosumi, M. Iha, K. Sakaguchi, S. Katsumura, A. T. Gardiner, R. J. Cogdell and H. Hashimoto
    • Organizer
      2017 International Conference on Artificial Photosynthesis (ICARP 2017)
    • Place of Presentation
      Ritsumeikann University (Kyoto, Kyoto City)
    • Year and Date
      2017-03-02 – 2017-03-05
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Energy-transfer efficiency of fucoxanthin reconstituted into the light-harvesting 1 complex from a purple photosynthetic bacterium Rhodospirillum rubrum G9+2016

    • Author(s)
      N. Yukihira, Y. Sugai, M. Fujiwara, C. Uragami, D. Kosumi, K. Sakaguchi, S. Katsumura, A. T. Gardiner, R. J. Cogdell, and H. Hashimoto
    • Organizer
      The 23rd International SPACC (The Society of Pure and Applied Coordination Chemistry) Symposium; Functional complexes and their new applications
    • Place of Presentation
      Okayama University of Science (Okayama, Okayama City)
    • Year and Date
      2016-11-21 – 2016-11-23
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Total Synthesis of Paracentrone2016

    • Author(s)
      Y. Nishioka, Y. Yano, N. Kinashi, N. Oku, Y. Toriyama, S. Katsumura, T. Shinada, K. Sakaguchi
    • Organizer
      The 10th International Symposium on Integrated Synthesis (ISONIS-10)
    • Place of Presentation
      Awaji Yumebutai International Conference Center (Hyogo, Awaji City)
    • Year and Date
      2016-11-18 – 2016-11-19
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Total Synthesis of Paracentrone2016

    • Author(s)
      Y. Nishioka, Y. Yano, N. Kinashi, N. Oku, Y. Toriyama, S. Katsumura, T. Shinada, K. Sakaguchi
    • Organizer
      International Symposium on Natural Products for the Future 2016 Tokushima
    • Place of Presentation
      Tokushima Bunri University (Tokushima, Tokushima City)
    • Year and Date
      2016-09-01 – 2016-09-04
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Paracentroneの全合成2016

    • Author(s)
      西岡勇人、矢野陽、木梨尚人、奥菜津未、鳥山陽平、勝村成雄、品田哲郎、坂口和彦
    • Organizer
      第36回有機合成若手セミナー
    • Place of Presentation
      京都薬科大学(京都、京都市)
    • Year and Date
      2016-08-09 – 2016-08-09
  • [Presentation] モデルカロテノイドにおける分子内電荷移動状態の解明2016

    • Author(s)
      小澄大輔、梶川敬之、坂口和彦、勝村成雄、橋本秀樹
    • Organizer
      光合成セミナー2016:反応中心と色素系の多様性
    • Place of Presentation
      龍谷大学深草キャンパス(京都、京都市)
    • Year and Date
      2016-07-09 – 2016-07-10
  • [Presentation] カルボニル基を導入したβ-carotene類縁体の光学応答2016

    • Author(s)
      小澄大輔、梶川敬之、坂口和彦、勝村成雄、橋本秀樹
    • Organizer
      第30回カロテノイド研究談話会
    • Place of Presentation
      ホテルムーンビーチ(沖縄、恩納村)
    • Year and Date
      2016-06-25 – 2016-06-26
  • [Presentation] 紅色光合成細菌 Rs. rubrum G9+ のLH1 サブユニット型複合体とフコキサンチンを用いた LH1 複合体の再構成2016

    • Author(s)
      行平奈央、須貝祐子、藤原正澄、浦上千藍紗、小澄大輔、伊波匡彦、坂口和彦、勝村成雄、橋本秀樹
    • Organizer
      第30回カロテノイド研究談話会
    • Place of Presentation
      ホテルムーンビーチ(沖縄、恩納村)
    • Year and Date
      2016-06-25 – 2016-06-26

URL: 

Published: 2018-01-16  

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