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2021 Fiscal Year Annual Research Report

Elucidation of maze problem and control of energy/electron transfer pathways in the primary process of photosynthesis

Publicly Offered Research

Project AreaCreation of novel light energy conversion system through elucidation of the molecular mechanism of photosynthesis and its artificial design in terms of time and space
Project/Area Number 20H05118
Research InstitutionRitsumeikan University

Principal Investigator

長澤 裕  立命館大学, 生命科学部, 教授 (50294161)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2022-03-31
Keywords光合成 / エネルギー移動 / FRET / LH2 / LH3 / バイオハイブリッド / 紅色細菌 / 光捕集アンテナ蛋白質複合体
Outline of Annual Research Achievements

光合成細菌の光捕集アンテナLH2やLH3は、カロテノイドおよび2つのbacteriochlorophyll色素団B800とB850(またはB820)により太陽光を捕集する。これら光捕集アンテナ群の吸収は、630 nmから760 nmにかけて比較的弱い。そこで、この波長領域に吸収帯を持つ蛍光性色素を光捕集アンテナ系に導入し、その光捕集能力の拡張を我々は試みてきた。ここでは、(a)人工的な色素を共有結合でLH2に連結したバイオハイブリッド、(b) LH2と人工色素を脂質二分子膜中に封入した系、(c) LH3中のB800を酸化反応により別の色素に化学的に変換した系の3つについて、フェムト秒過渡吸収(TRTA)スペクトル測定を行った。(a)については、付加する色素の発光波長およびリンカーの長さを変えて実験を行った。その結果、人工色素からLH2へのエネルギー移動は、Forsterの蛍光共鳴エネルギー移動機構でおおよそ説明できるが、その一部はアクセプター側の色素団の高励起子状態を通じてコヒーレントに起こることが示唆された。よって、その研究成果を論文として発表した。【Phys. Chem. Chem. Phys., 24, 24714 (2022)】(b)の系では、色素とLH2が化学結合で連結していないにもかかわらず、3ピコ秒から13 ピコ秒の時定数で起こる超高速のエネルギー移動が観測できたので、論文として発表した。【J. Chem. Phys., 156, 095101 (2022)】(c)の系についても、効率的にB800を酸化し、3-acetyl chlorophyllに変換することに成功した。さらに酸化されたB800からB820への高効率なエネルギー移動を観測できたので、論文として発表した。【J. Phys. Chem. B, 127(12), 2683 (2023)】

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (11 results)

All 2023 2022

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Journal Article] Conversion of B800 Bacteriochlorophyll a to 3-Acetyl Chlorophyll a in the Light-Harvesting Complex 3 by In Situ Oxidation2023

    • Author(s)
      Saga Yoshitaka、Hamanishi Kohei、Yamamoto Tetsuya、Hinago Kazuki、Nagasawa Yutaka
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry B

      Volume: 127 Pages: 2683~2689

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.2c08887

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Energy transfer dynamics and the mechanism of biohybrid photosynthetic antenna complexes chemically linked with artificial chromophores2022

    • Author(s)
      Yoneda Yusuke、Noji Tomoyasu、Mizutani Naoto、Kato Daiji、Kondo Masaharu、Miyasaka Hiroshi、Nagasawa Yutaka、Dewa Takehisa
    • Journal Title

      Physical Chemistry Chemical Physics

      Volume: 24 Pages: 24714~24726

    • DOI

      10.1039/D2CP02465A

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ultrafast energy transfer between self-assembled fluorophore and photosynthetic light-harvesting complex 2 (LH2) in lipid bilayer2022

    • Author(s)
      Yoneda Yusuke、Kito Masaya、Mori Daiki、Goto Akari、Kondo Masaharu、Miyasaka Hiroshi、Nagasawa Yutaka、Dewa Takehisa
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics

      Volume: 156 Pages: 095101~095101

    • DOI

      10.1063/5.0077910

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] フィロキノン添加による緑色硫黄細菌反応中心の光合成初期過程の超高速ダイナミクス2022

    • Author(s)
      日名子 一起、稲垣 知実、山本 哲也、帆足 征峻、杉原 敬太、浅井 智広、長澤 裕
    • Organizer
      2022年光化学討論会
  • [Presentation] 光収穫系複合体(LH2)の機能拡張と超高速エネルギー移動2022

    • Author(s)
      出羽 毅久、鬼頭 征也、山本 哲也、米田 勇祐、近藤 政晴、宮坂 博、長澤 裕
    • Organizer
      第71回高分子討論会
  • [Presentation] Charge separation induced by a lower-energy bacteriochlorophyll in the reaction center complex of Heliobacterium modesticaldum2022

    • Author(s)
      Chihiro Azai, Risa Kojima, Kazuki Hinago, Masatoshi Kida, Tetsuya Yamamoto, Hirozo Oh-oka, Daisuke Kosumi, Yutaka Nagasawa
    • Organizer
      17th International Symposium on Phototrophic Prokaryotes (ISPP2022)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] バイオハイブリッドLH2:B850への選択的超高速エネルギー移動2022

    • Author(s)
      長澤 裕、山本 哲也、日名子 一起、鬼頭 征也、近藤 政晴、出羽 毅久
    • Organizer
      第22回日本光生物学協会年会(2022年)
  • [Presentation] Molecular mechanisms of excitation / charge separation in Photosystem II2022

    • Author(s)
      Miwa Sugiura, Naohiro Shimamoto, Makoto Nakamura, Yuki Takegawa, Yuto Masaoka, Yutaka Nagasawa, Boussac Alain
    • Organizer
      International Congress on Photosynthesis Research 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Electron Transfer Mechanism in the Green Sulfur Bacterial Reaction Center: Study by Femtosecond Transient Absorption Spectroscopy2022

    • Author(s)
      Kazuki Hinago, Tomomi Inagaki, Tetsuya Yamamoto, Masataka Hoashi, Keita Sugihara, Chihiro Azai, Yutaka Nagasawa
    • Organizer
      17th International Workshop on Supramolecular Nanoscience of Chemically Programmed Pigments (SNCPP22)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Energy Transfer in Cysteine-Incorporated Biohybrid Light-Harvesting Antenna (LH2)2022

    • Author(s)
      Tetsuya Yamamoto, Kazuki Hinago, Yutaka Nagasawa, Masaya Kito, Masaharu Kondo, Takehisa Dewa
    • Organizer
      17th International Workshop on Supramolecular Nanoscience of Chemically Programmed Pigments (SNCPP22)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] B850近傍に色素を導入したバイオハイブリッド光捕集アンテナLH2 のエネルギー移動ダイナミクス2022

    • Author(s)
      長澤 裕、山本 哲也、日名子 一起、鬼頭 征也、近藤 政晴、出羽 毅久
    • Organizer
      第12回日本光合成学会年会およびシンポジウム

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Published: 2023-12-25  

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