色素集積型光合成アンテナとその人工モデルの単一超分子レベルでの解析

• Project/Area Number: 02J05747
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: 工業物理化学
• Research Institution: Ritsumeikan University
• Principal Investigator: 佐賀 佳央 立命館大学, 理工学部, 特別研究員(SPD)
• Project Period (FY): 2002 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥7,200,000 (Direct Cost: ¥7,200,000); Fiscal Year 2004: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 2003: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 2002: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 光合成 / 緑色光合成細菌 / 集光アンテナ組織 / クロロゾーム / バクテリオクロロフィル / 自己会合体 / 蛍光スペクトル / 単一超分子分光

Research Abstract

光合成初期過程における高効率の光エネルギー伝達は基礎科学の重要課題のひとつであるとともに光エネルギー変換などの応用研究に寄与することが期待される。そこで本研究課題では、緑色光合成細菌の膜外集光アンテナ超分子であるクロロゾーム、およびその人工モデルを対象とし、単一分子科学の観点から研究を推進した。
天然のクロロゾームに関しては、5種類の緑色光合成細菌から単離したクロロゾームと、それらをアルカリ処理することでエネルギー受容体(ベースプレート)を取り除いたクロロゾームを、近接場蛍光顕微鏡を用いて単一超分子レベルで蛍光スペクトルを測定し、それらの分光特性をクロロゾームの集光色素組成や構成成分と関連させて解析した。また、共焦点レーザー蛍光顕微鏡を用いた極低温における測定では、単一クロロゾーム内における集光BChl自己会合体からエネルギー受容型BChl-a/タンパク質複合体(ベースプレート)への励起エネルギー移動の観測に成功し、単一超分子レベルでのエネルギー移動効率の不均一性を明らかにした。さらに、単一クロロゾームに存在する集光BChl色素の個数の測定を行った。
人工モデルに関しては、ゾル-ゲル法を改良することで集光色素の自己会合体をシロキサンネットワークで被覆した非常に安定なナノ粒子を作製する方法論を確立し、それらの物性を詳細に解析した。また、これらのモデルナノ粒子において励起エネルギー移動を行う系を作製することに成功した。

Research Products

• [Journal Article] 光合成アンテナの単一超分子レベルでの解析-緑色光合成細菌の膜外アンテナとモデル超分子 (2005)
  • Author(s): 佐賀 佳央
  • Journal Title: 化学と工業 58 Pages: 129-132
  • NAID: 10014363454
• [Journal Article] クロロフィルの固体表面への組織化とその光応答機能 (2005)
  • Author(s): 佐賀 佳央
  • Journal Title: 化学工業 56(印刷中)
• [Journal Article] In vitro Enzymatic Activity of C-20 Methyltransferase, BchU, for Biosynthesis of Chlorophylls in Photosynthetic Green Sulfur Bacterium Chlorobium tepidum (2005)
  • Author(s): 原田 二朗
  • Journal Title: FEBS Letters (印刷中)
• [Journal Article] Fluorescence Spectroscopy of Single Photosynthetic Light-Harvesting Supramolecular Systems (2004)
  • Author(s): 佐賀 佳央
  • Journal Title: Cell Biochemistry and Biophysics 40 Pages: 149-165
• [Journal Article] Excitation Energy Transfer from Self-Aggregates of Zinc Chlorins to a Bacteriochlorin in a Silicate Nanocapsule (2004)
  • Author(s): 佐賀 佳央
  • Journal Title: Chemistry Letters 33 Pages: 544-545
  • NAID: 10012943505
• [Journal Article] Comparison between Chlorosomes Containing Bacteriochlorophyll-c and Chlorosomes Containing Bacteriochlorophyll-d Isolated from Two Substrains of Green Sulfur Photosynthetic Bacterium Chlorobium vibrioforme NCIB 8327 (2004)
  • Author(s): 佐賀 佳央
  • Journal Title: Journal of Photochemistry and Photobiology B : Biology 75 Pages: 89-97
• [Patent(Industrial Property Rights)] メチル基転移酵素、そのDNA、及び特定部位にメチル基が導入されたポルフィリン型化合物の製造方法 (2004)
  • Inventor(s): 民秋 均, 原田 二朗, 佐賀 佳央
  • Industrial Property Rights Holder: 民秋 均, 原田 二朗, 佐賀 佳央
  • Industrial Property Number: 2004-242888
  • Filing Date: 2004-08-23
• [Publications] 佐賀 佳央: "Presence of Exclusively Bacteriochlorophyll-c Containing Substrain in the Culture of Green Sulfur Photosynthetic Bacterium Chlorobium vibrioforme Strain NCIB 8327 Producing Bacteriochlorophyll-d"Analytical Sciences. 19. 1575-1579 (2003)
• [Publications] 民秋 均: "Synthesis of Homologously Pure Bacteriochlorophyll-e and f Analogues from BChls-c/d via Transformation of the 7-Methyl to Formyl Group and Self-Aggregation of Synthetic Zinc Methyl Bacteriopheophorbides-c/d/e/f in Non-Polar Organic Solvent"Tetrahedron. 59. 4337-4350 (2003)
• [Publications] 佐賀 佳央: "Facile Synthesis of Chlorophyll Analog Possessing a Disulfide Bond and Formation of Self-Assembled Monolayer on Gold Surface"Journal of Photochemistry and Photobiology B : Biology. 73. 29-34 (2004)
• [Publications] 佐賀 佳央: "Fluorescence Emission Spectroscopy of single Light-Harvesting Complex from Green Filamentous Photosynthetic Bacteria"The Journal of Physical Chemistry B. 106. 1430-1433 (2002)
• [Publications] 佐賀 佳央: "Self-Assay of Synthetic Zinc Chlorias in a Silicate Micelle by Sol-Gel Process"Bioorganic and Medicinal Chemistry Letters. 12. 1229-1231 (2002)
• [Publications] 佐賀 佳央: "Spectral Heterogeneity in Single Light-Harvesting Chlorosomes from Green Sulfur Photosynthetic Bacterium Chlorobium tepidum"Photochemistry and Photobiology. 75. 433-436 (2002)
• [Publications] 溝口 正: "Isolation and Structural Determination of a Complete Set of Intact BacteriochlorophyII-d Homologs and Isomers from Green Sulfur Bacterium Chlorobium vibrioforme and Their Aggregation Properties in Hydrophobic Solvents"Photochemical and Photobiological Sciences. 1. 780-787 (2002)
• [Publications] 佐賀 佳央: "Isolation of BacteriochlorophyII-c Containing Species of Green Sulfur Photosynthetic Bacterium Chlorobium vibrioforme"Journal of Photoscience. 9. 341-343 (2002)
• [Publications] 溝口 正: "Isolation and Structural Determination of a Complete Set of Intact BacteriochlorophyII-d Homologs and Isomers from Green Sulfur Bacterium Chlorobium vibrioforme and Their Aggregation Properties in Hydrophobic Solvents"Journal of Photoscience. 9. 344-346 (2002)