光エネルギー変換機能をもつタンパク質/色素複合体の自己組織化とその動的機能

• Project/Area Number: 13022231
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Nagoya Institute of Technology
• Principal Investigator: 南後 守 名古屋工業大学, 工学部, 教授 (90109893)
• Project Period (FY): 2001 – 2002
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2002)
• Budget Amount: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2002: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 2001: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
• Keywords: 光合成細菌 / アンテナ色素複合体 / 人工光合成 / 光電変換 / 超分子 / 生体材料 / ナノ材料 / 先端機能デバイス

Research Abstract

植物、光合成細菌などの光合成膜では、アンテナ(LH)系、光化学反応中心(RC)およびそれに続く電子伝達系で光エネルギーから化学エネルギーヘの効率の良い変換が行われている。この変換は、主として光合成膜中での諸種のタンパク質/色素複合体からなる超分子複合体で行われている。本研究は、光合成で光エネルギー変換機能をもつタンパク質/ポルフィリン色素複合体を人工的に組織化する。そして、その複合体の動的な構造変化とシンクロナイズした電子ならびにプロトンなどの輸送との相関について電極基板上での電流応答から明らかにすることを目的とする。ここでは、諸種の光合成膜のアンテナ(LH)タンパク質およびそれらと類似した疎水性ポリペプチドを合成して、ポルフィリン色素誘導体との複合体を電極上で組織化する。そして、その組織化とシンクロナイズした光エネルギー変換機能について検討した。また、LH-,タンパク質を用いてクロロフィル色素誘導体(BChl aおよびZnBChl a)およびそのモデル色素(Znメソポルフィリン誘導体)複合体の組織化を化学修飾した諸種の基板上で行った。その結果、天然と類似したアンテナ色素複合体を化学修飾した基板上でも安定に作成できることがわかった。^<2e)>つぎに、その複合体の組織化とシンクロナイズした光電変換能について分光学的手法および電極応答から検討を行った。その結果、光波長に依存した電流応答がBChl aを用いた場合に顕著に見られ、その光電変換能は、アンテナ色素複合体の構造変化に大きく依存することが認められた。これらのことから、その複合体の動的な構造変化とシンクロナイズした光電変換能を観察できることがわかった。

Research Products

• [Publications] M.Nango, A.Kashiwada, H.Watanabe, S Yamada, M.Ogawa, T.Tanaka, K.Iida: "Molecular Assembly of Bachteriochlorophyll a Using Light-harvesting Model 1α-Helix Polypeptides and 2a-Helix Polypeptide with Disulfide-linkage"Chem.Lett.. 312-313 (2002)
• [Publications] M.Ogawa, R.Kanda, T.Dewa, K.Iida, M.Nango: "Molecular Assembly of Light-harvesting Antenna Complex on ITO Electrode"Chem.Lett.. 466-467 (2002)
• [Publications] Y.Takeuchi, H.Watanabe, A.Kashiwada, M.Nagata, T.Ohtsuka, N.Nishino, H.Kawai, T.Nagamura, Y.Kurono, N.Oku, M.Nango: "Molecular Assembly of Zinc-Nickel Hybrid Porphyrin Dimer Using Synthetic 4α-Helix Polypeptides"Chem.Lett.. 848-849 (2002)
• [Publications] M.Nagata, M.Nango, A.Kashiwada, S.Yamada, S.Ito, N.Sawa, M.Ogawa, K.Iida, Y.kuronoa, T.Ohtsuka: "Construction of Photosynthetic Antenna Complex Using Light-harvesting Polypeptide-α from Photosynthetic Bacteria, R.rubrum with Zinc Substituted Bachteriochlorophyll a"Chem.Lett.. (in press).
• [Publications] M.Nango: "Molecular Assembly of Bacteriochlorophyll Complexes Using Light-harvesting (LH) Polypeptides and Their Model Synthetic Polypeptides"New Chlorophylls Ed. Hugo Scheer, Kluwer Academic Publishers, Netherlands. (in press).
• [Publications] K.Iida, H.Kiriyama, A.Fukai, W.N.Konings, M.Nango: "Two-dimensinal Self-oraganization of the Light-harvesting polypeptides/Bchl a Complex into a Thermostable Liposomal Membrane"Langmuir. 17. 2821-2827 (2001)
• [Publications] T.Yamada, T.Hashimoto, S.Kikushima, T.Ohtsuka, M.Nango: "Electron Transfer of Manganese Halogenated Tetraphenylporphyrin Derivatives Assembled on Gold Electrodes"Langmuir. 17. 4634-4640 (2001)
• [Publications] 南後 守: "光合成でのアンテナ複合体の自己組織化"生物物理. 41. 192-195 (2001)
• [Publications] N.Sawa, K.Iida, M.Nango: "Effect of anesthetics on formation of light-harvesting membrane protein and its model complex"Masui to Sosei. 37,No.3-4. 1-6 (2001)
• [Publications] M.Nango, A.Kashiwada, H.Watanabe, S.Yamada, T.Yamada, M.Ogawa, T.Tanaka, K.Iida: "Molecular Assembly of Bachteriochlorophyll a Using Light-harvesting Model 1-Helix Polypeptides and 2-Helix Polypeptide with Disulfide-linkage"Chem. Lett.. 312-313 (2002)
• [Publications] Makiko Ogawa, Rituko Kanda, Takehisa Dewa, Kouji Iida, Mamoru Nango: "Molecular Assembly of Light-harvesting Antenna Complex on ITO Electrode"Chem. Lett.. (in press).