2020 Fiscal Year Annual Research Report
Molecular Structure of Intermediates in Oxygen Evolving Complex with Spin Conversion
Publicly Offered Research
| Project Area | Creation of novel light energy conversion system through elucidation of the molecular mechanism of photosynthesis and its artificial design in terms of time and space |
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| Project/Area Number |
20H05096
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
三野 広幸 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (70300902)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | EPR / 酸素発生系 / 光合成 / 光化学系II / マンガンクラスター / EPR |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光合成酸素発生は光合成系IIタンパク質複合体中のマンガンクラスターで行われる。マンガンクラスターは４つのマンガン(Mn1-4), 5つの酸素(O1-5)とカルシウムから構成されている。Mn1,Mn4とラベルされたマンガン間の結合長が長く全体の分子構造はゆがんでいる。酸素発生反応の過程では5つの中間状態が存在する。S2状態では高スピン状態、低スピン状態の2種類の異性体が存在し、Mn1-Mn4間の酸素の位置によりMn1。Mn4の価数がスイッチし、構造変化をおこすと考えられている。マンガンクラスターの異性体は電子スピン共鳴法（ESR）でのみ検出可能である。 本研究ではマンガンクラスターのS2中間酸化状態に焦点をあて、磁気的解析に基づき分子構造を明らかにすることを目的としている。
研究の過程で新たにg ~ 5をもつ S2中間体が存在することを発見した。これまでS2状態にはg=2と g~4 に,また特殊な条件下ではg=6-10 に信号が確認されていた。g ~ 5信号は数10本からなる対称性の高いおよそ30 G間隔の超微細相互作用分離からなる信号である。超微細相互作用の大きさから４つのマンガン間の相互作用の大きさを定量的に評価した。またg因子の異方性が極めて小さく配位子場の対称性の高い状態を示していた。この状態はS=5/2またはS=7/2の高スピン状態と考えられ、これまで考えられてきた構造とは大きく異なることがわかった。また、ｇ~５状態の形成にはマンガンクラスターを保護する表在性タンパク質が影響していることがわかった。これは植物とシアノバクテリア間のマンガンクラスターの構造的な違いを説明する。S3状態からS2状態への緩和過程においても同様の信号が観測されることから、g=5状態をS2-S3状態の中間的なS2構造と提案してS2異性体の構造モデルを提案した。
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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
当初の計画になかった新しい信号の解析を進めている。この点では当初の計画上の進展といえる。 ただし、当初計画での実験は持ち越しているため、中間的な評価とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初計画に加えg~5信号の解析を進める。ただし、新規性を鑑みg~5信号の解析を優先的に進めてゆく計画である。
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Research Products
(6 results)
