2020 Fiscal Year Annual Research Report
新規クロロフィルを用いた生体人工光合成
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 |
20H05114
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
鞆 達也 東京理科大学, 教養教育研究院神楽坂, 教授 (60300886)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 光合成 / 光化学系 / クロロフィル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
陸上植物、藻類、シアノバクテリアが行う光合成光化学反応は可視光をエネルギー源、水分子を電子供与体として進行する。この中で光捕集、エネルギー移動、電荷分離を担うのはクロロフィル分子である。一般的なクロロフィルはクロロフィルa, bであり可視域に吸収極大をもつが、それより低エネルギー側に吸収極大をもつクロロフィル、クロロフィル d, fの存在が明らかとなり、近年、注目されてきた。ここではこれらを新規クロロフィルと呼ぶことにする。この新規クロロフィルを人工光合成等の光化学反応に用いることにより、より低エネルギーの光をエネルギー変換に利用できることになる。そのためには、新規クロロフィルのエネルギー変換の役割や、それを用いた生体人工光合成装置の開発が必要となる。我々は前年までにクロロフィルｆを結合した光化学系Ｉの構造をクライオ電子顕微鏡による構造解析により明らかにした。この結果、エネルギー的に不利と思われる、エネルギー勾配に逆らった励起エネルギー移動がクロロフィルの配置を工夫することにより実現していることを明らかにした。現在はクロロフィルｆを結合した水分解反応を担う光化学系ＩＩの研究を同様に進めている。また、電子伝導性の高い炭素材料と光化学系と組合わせることにより、人工的に制御の容易な光エネルギー変換系を作製することができる。現在、光化学系Ｉとグラフェンおよび光化学系ＩＩを組合わせることにより、新たな生体人工光合成の開発を進めている。
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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
クロロフィルfをもつシアノバクテリアから、光化学系II複合体の単離精製系を確立した。このため、種々の分光解析が可能になり、エネルギー移動について測定を行った。本標品を用いて詳細な分光解析を行うことにより、新規クロロフィルの局在部位とエネルギー順位の全貌解明が期待できる。
光化学系を用いた、炭素材料との組み合わせによる光エネルギー変換系の構築を行った。エネルギー変換の効率をファインチューニングすることにより、還元力の創生が期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
クロロフィルｆは光環境に応じて発現する。このため、同じシアノバクテリアからクロロフィルｆをもつものともたないものを精製することにより、あたかもアミノ酸の部位特異的置換のようにクロロフィル置換を用いて光化学系の機能を知ることができる。この標品を用いて、分光解析、構造解析を行っていく。解析には大量の純化された試料が必要となる場合があるので、培養方法の検討、単離精製方法の検討を行い収率の改善を進めていく。本研究は世界中で競争的に行われていることから、スピード感をもって着実に進めていく。
また、新たな炭素材料が世界中で競争的に合成され、報告されている。この炭素材料は可視域に発光することも可能である。この炭素材料と従来試料と併せて用いることにより、エネルギー変換反応の増強を進めて行く。
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