光合成タンパク質複合体の構造形成過程の追跡

• Project/Area Number: 14780509
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Biophysics
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 柴田 穣 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 助手 (20300832)
• Project Period (FY): 2002 – 2003
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2003)
• Budget Amount: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2003: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2002: ¥2,900,000 (Direct Cost: ¥2,900,000)
• Keywords: 光化学系I / 再構成 / エーテル処理 / 共焦点レーザー顕微鏡 / クロロソーム / 単一分子分光 / 1分子分光法 / 光合成タンパク質複合体

Research Abstract

光化学系I(PSI)反応中心は、電子伝達系を構成する数個の色素分子に加えて、100個近い数のアンテナクロロフィル(Chl)や約20分子のカロテノイド(Car)、さらにいくつかの脂質分子を含む巨大複合体である。凍結乾燥したPSIを適度な水分を含むエーテルで処理することで、電子伝達系を残したまま大部分のアンテナChl、Car、第2番目の電子受容体キノン(Q)、が除かれる。本研究では、こうして得られたエーテル処理PSI反応中心に、クロロフィル、カロテノイド、キノンなどの分子を添加することで、如何に再構成が可能であるかを検証することを目的とした。エーテル処理PSI反応中心の時間分解蛍光スペクトルでは、通常のPSIに見られる730nmの長波長Chlからの蛍光バンドが非常に弱くなる。また、通常のPSIでは680nm付近の蛍光は、非常に速いP700へのエネルギー移動により極短寿命で減衰するが、エーテル処理PSIではP700へのエネルギー移動が効率よく進まなくなったアンテナChlが生じることにより、比較的長寿命の蛍光がこの波長付近にも見られるようになる。エーテル処理によりアンテナクロロフィル/スペシャルペアの相対個数が約16個となったPSI(16Chls/P700)に対して、抽出された色素のエタノール溶液を添加した。こうして得られた再構成PSIの時間分解蛍光スペクトルでは、730nmに長い寿命を持つ蛍光が強く現れた。また680nm付近の蛍光は、非常に速く減衰し、長波長Chlへのエネルギー移動が効率よく起こっていることを示した。再添加により、ある程度正しい位置に色素が再構成されたと考えている。一方共焦点顕微鏡を用いて、細菌のアンテナ色素複合体であるクロロソームの蛍光スペクトルを、一つ一つの複合体ごとに低温で測定することに初めて成功した。これにより、1つのクロロソームでは、ある方向に偏光している光をより強く吸収することを見出した。