生体光合成の単電子移動過程

• 研究課題/領域番号: 09233222
• 研究種目: 重点領域研究
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 岡崎国立共同研究機構
• 研究代表者: 伊藤 繁 岡崎国立共同研究機構, 基礎生物学研究所, 助教授 (40108634)
• 研究期間 (年度): 1997
• 研究課題ステータス: 完了 (1997年度)
• 配分額: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円); 1997年度: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
• キーワード: 光合成 / 電子移動 / 反応中心 / 光化学反応 / クロロフィル / キノン / 蛋白質 / 進化

研究概要

単電子デバイス構築の基礎情報を得るために生体膜上に高密度集積される光合成反応中心タンパク質内での単電子移動の制御法を開発と、単電子移動機構の検討を行った。
1.タンパク質内での分子配置の精密評価と制御。双極子間相互作用を選択的に評価できる電子スピンエコー共鳴法(ESEEM)を利用して反応中心タンパク質内のキノン化合物の位置を1Å以下の精度で決定した。双極子間相互作用から電子スピン間の距離を得る方法で、蛋白内に導入した人工キノンと電子供与体クロロフィル(P700間)の距離として25.7±0.3Å、横緩和時間T2=2000nsを得た。構造の違う2種のニトロフルオレノン化合物は、26.0±0.3Åを与え、ほぼ正しい位置だが、やや不均一な結合が示された。
2.磁場効果による電子移動速度の制御。ESEEM測定で約26Å離れた分子上のスピンの弱い相互作用をとらえ、さらに、外部磁場の影響を評価した。磁場変調パルスの印加により電子とホールの再結合が劇的に抑えられ、寿命の1-3桁の増加と、新たな温度依存性が出現した。外部磁場を利用した電子移動速度のあらたな制御法が得られた。

研究成果

• [文献書誌] 伊藤 繁: "地球を変えた光合成" 日本物理学会誌. 53(2). 100-106 (1998)
• [文献書誌] Itoh,S.et al.: "Accumulation of Fe,Cr and Ni metals inside cells of acidophilic bacterium Acidiphilium rubrum that produced Zn containing bacteriochlorophyll a." Plant and Cell Physiology. (in press.). (1998)
• [文献書誌] Ohoka,H.et al.: "Viscosity dependence of the electron transfer rate from bound cytochrome c to P840 in the photosynthetic reaction center of a green sulfur bacterium Chlorobium tepidum." Biochemistry. 36. 9267-9272 (1997)
• [文献書誌] Tomo,T.et al.: "Topology of pigments in the isolated photosystem II reaction center studied by selective extraction." Biochimica Biophysica Acta. 1321. 21-30 (1997)
• [文献書誌] Dzuba,S.A.et al.: "Electron spin echo of spin-polarized radical pairs in the intact and quinone-reconstituted plant photosystem I reaction centers." Chemical Physics Letters. 264. 238-244 (1997)
• [文献書誌] Hara,H.et al.: "The distance between P680 and Q_A in Photosystem II determined by ESEEM spectrocscopy." Biochimica Biophysica Acta. 1322. 77-85 (1997)