新型光合成の機能と構造から反応中心構築原理を探る

• 研究課題/領域番号: 15370067
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物物理学
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 伊藤 繁 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 教授 (40108634)
• 研究分担者: 三野 広幸 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 助手 (70300902) ; 柴田 穣 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 助手 (20300832) ; 中村 洋子 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 助手 (20217912)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 15,600千円 (直接経費: 15,600千円); 2004年度: 4,000千円 (直接経費: 4,000千円); 2003年度: 11,600千円 (直接経費: 11,600千円)
• キーワード: 光合成 / シアノバクテリア / シリカナノ構造体 / 万博 / 北極圏植物 / 光合成細菌 / Zn-クロロフィル / 人工光合成 / アカリオクロリス / chl d / アシドフィリウム / Zn-Chl / 光化学系I / 光化学系II / 新型光合成 / エネルギー移動 / 電子移動 / 励起エネルギー移動 / 光合成反応中心 / 進化 / クロロフィル / 色素タンパク質

研究概要

本研究では、新発見の光合成生物を含む広く多様な光合成系の光合成反応中心複合体及び光捕集系タンパク質の機能と構造の関係を解明し、光合成反応中心の構築原理とその最適化、進化機構を検討した。
(1)新たに発見された酸素発生をするが近赤外光を利用するシアノバクテリアAcaryochloris marina、(2)Znを中心金属とするバクテリオクロロフィルをもつ好酸性紅色光合成細菌Acidiphillium rubrum、(3)サンゴに共生する藻類Zooxanthellae、(4)分子進化系統樹からは最も古いタイプの細菌群ともいえる緑色硫黄細菌Chlorobium tepidumと(6)緑色糸状細菌Chlorflexus aurantiacus、(6)初めて遺伝子操作に成功したChlorobium tepidum変異株と(7)脂肪酸組成や(8)概日遺伝子を変えたシアノバクテリアSynecocystis PCC 6803変異株など、多様で生物進化上興味深い光合成生物群の光合成反応中心複合体の示す光エネルギー変換機能と構造、光を集めるアンテナタンパク質の機能と構造を対象に、高度な物理的手法と先端的な分子生物学的手法の組み合わせで研究を進めた。多様な系の研究から光合成機能の本質的な部分はきわめて柔軟な可塑性をもち、これに特殊化した部分が加わることで多様な光合成生物がうまれたと理解される。この理解を深めるとともに、この結果を活用すべく(8)シリカナノ構造体とタンパク質を組み合わせた人工光合成系(一部トヨタ自との共同研究)や、(9)北極圏での新しい光合成系の探索(愛知万博と共同)などもすすめた。本研究の主要課題ではないが、(8)、(9)に関しては世間の関心も高く、50分の特別テレビ番組をはじめ、ラジオ、新聞など様々な形で報道された。

研究成果

• [雑誌論文] Primary intermediate in the photocycle of a blue-light sensory BLUF FAD-protein, Tll0078, of Th (2005)
  • 著者名/発表者名: Fukushima, Y., Okajima, K., Shibata, Y., IK
  • 雑誌名: Biochemistr 44 ページ: 5149-5158
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Biochemical and functional characterization of BLUF-type flavin-binding proteins of two species of (2005)
  • 著者名/発表者名: Okajima, K., Yoshihara, S., Fukushima, Y., Geng, X., Katayama, M., Higashi, S., Watanabe, M., Sato, S.
  • 雑誌名: J.Biochem 137(in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Primary intermediate in the photocycle of a blue-light sensory BLUF FAD-protein, T110078,of Thermosynechococcus elongatus BP-1. (2005)
  • 著者名/発表者名: Fukushima, Y., Okajima, K., Shibata, Y., Ikeuchi, M., Itoh, S.
  • 雑誌名: Biochemistry 44 ページ: 5149-5158
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Biochemical and functional characterization of BLUF-type flavin-binding proteins of two species of cyanobacteria. (2005)
  • 著者名/発表者名: Okajima, K., Yoshihara, S., Fukushima, Y., Geng, X., Katayama, M., Higashi, S., Watanabe, M., Sato, S., Tabata, S., Shibata, Y., Itoh, S., Ikeuchi, M.
  • 雑誌名: J.Biochem. 137(in press)
  • NAID: 10017345702
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Nanoscale Organization of Chlorophyll a in Mesoporous Silica : Efficient Energy Transfer and Stabilized Charge Separation as in Natural Photosynthesis (2004)
  • 著者名/発表者名: Itoh, T., Yano, K., Kajino, T., Itoh.S., Shibata, Y., Mino, H., Inada, Y.
  • 雑誌名: J.Phys.Chem.B 108 ページ: 13683-13687
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Function of a PscD subunit in a homodimeric reaction center complex of the photosynthetic green sulfur bacterium Chlorobium tepidum studied by insertional gene inactivation : Regulation of energy transfer (2004)
  • 著者名/発表者名: Tsukatani, Y., Miyamoto, R., Itoh.S., Oh-oka, H.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem 279 ページ: 51122-511300
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Phosphatidylglycerol is essential for oligomerization of photosystem I reaction center. (2004)
  • 著者名/発表者名: Domonkos, I., Malec, P., Sallai, A., Kovacs, L., I
  • 雑誌名: Plant Physiol. 134 ページ: 1471-1478
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Roles of two ATPase-motif-containing domains in cyanobacerial circadian clock protein KaiC. ansfer and ferredoxin-mediated NADP+reduction on the cytoplasmic side. (2004)
  • 著者名/発表者名: Hayashi, F., Itoh, N., Uzumaki, T., Iwase, R., Tsuchiya, Y., Yamakawa, H., Morishita, M., Onai
  • 雑誌名: J.Biol.Chem 279 ページ: 52331-52337
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Nanoscale Organization of Chlorophyll a in Mesoporous Silica : Efficient Energy Transfer and Stabilized Charge Separation as in Natural Photosynthesis. (2004)
  • 著者名/発表者名: Itoh, T., Yano, K., Kajino, T., Itoh, S., Shibata, Y., Mino, H., Inada, Y, Iwai, S., Fukushima, Y.
  • 雑誌名: J.Phys.Chem.B 108 ページ: 13683-13687
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Function of a PscD subunit in a homodimeric reaction center complex of the photosynthetic green sulfur bacterium Chlorobium tepidum studied by insertional gene inactivation ; Regulation of energy transfer and ferredoxin-mediated NADP+ reduction on the cytoplasmic side. (2004)
  • 著者名/発表者名: Tsukatani, Y., Miyamoto, R., Itoh, S., Oh-oka, H.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 279 ページ: 51122-51130
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Phosphatidylglycerol is essential for oligomerization of photosystem I reaction center. (2004)
  • 著者名/発表者名: Domonkos, I., Malec, P., Sallai, A., Kovacs, L., Itoh, K., Shen, G., Ughy, B., Bogos, B., Sakurai, I., Kis, M., Strzalka, K., Wada, H., Itoh, S., Farkas, T., Gombos, Z.
  • 雑誌名: Plant Physiol. 134 ページ: 1471-1478
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Roles of two ATPase-motif-containing domains in cyanobacerial circadian clock protein KaiC. (2004)
  • 著者名/発表者名: Hayashi, F., Itoh, N., Uzumaki, T., Iwase, R., Tsuchiya, Y, Yamakawa, H., Morishita, M., Onai, K., Itoh, S., Ishiura, M.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 279 ページ: 52331-52337
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Fluorescence of photosysntem I (2004)
  • 著者名/発表者名: Itoh, S., Sugiura, K.
  • 雑誌名: Chlorophyll fluorescence(ed.by C.Papapgeorgeiou and Govindjee)(Kluwer Academic Publishers, The Netherland) 750 ページ: 231-250
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Trapping of a Light-induced Primary Intermediate in Photocycle of a blue light sensory BLUF FAD-Protein Tll0078 of Thermosynechococcus elongatus BP-1 (2004)
  • 著者名/発表者名: Fukushima, Y.et al.
  • 雑誌名: Biochemistry 44 ページ: 5149-5158
• [雑誌論文] Function of a PscD Subunit in a Homodimeric Reaction Center Complex of the Photosynthetic Green Sulfur Bacterium Chlorobium tepidum (2004)
  • 著者名/発表者名: Tsukatani et al.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 279 ページ: 51122-51130
• [雑誌論文] Nanoscale Organization of Chlorophyll a in Mesoporous Silica (2004)
  • 著者名/発表者名: Itoh, T.et al.
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry 108 ページ: 13683-13687
• [雑誌論文] Simultaneous time-resolution of the emission spectra of fluorescent proteins and zooxanthellae chlorophyll in reef-building corals (2004)
  • 著者名/発表者名: Gilmore, A.M.et al.
  • 雑誌名: Photochemistry and Photobiology 77 ページ: 515-523
• [雑誌論文] Roles of two ATPase-motif-containing domain in cyanobacerial circadian clock protein KaiC (2004)
  • 著者名/発表者名: Hayashi, F.et al.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 279 ページ: 52331-52337
• [雑誌論文] Excitation energy flow at 77K in the photosynthetic apparatus of overwintering evergreens (2003)
  • 著者名/発表者名: Gilmore, A.M.et al.
  • 雑誌名: Plant Cell and Environment 26 ページ: 1021-1034
• [図書] Chlorophyll fluorescence : A signature of photosynthesis (2004) (ed. by C.Papapgeorgeiou and Govindiee) (2004)
  • 著者名/発表者名: Itoh, S., Sugiura.K (共著)
  • 総ページ数: 750
  • 出版者: Kluwer Academic Publishers, The Netherland
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] Chlorophyll fluorescence : A signature of photosynthesis (2004)
  • 著者名/発表者名: Itoh, S., Sugiura, S.
  • 総ページ数: 20
  • 出版者: Kluwer Academic Publishers
• [産業財産権] 膜タンパク質複合材料及びその製造方法 (2004)
  • 発明者名: 梶野 勉他7名
  • 権利者名: 名大, トヨタ自, 豊田中研
  • 産業財産権番号: 2004-358900
  • 出願年月日: 2004-12-10
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Gilmore, A.M., et al.: "Simultaneous time-resolution of the emission spectra of fluorescent proteins and zooxanthellae chlorophyll in reef-building corals"Photochem.Photobiol.. 77. 515-523 (2003)
• [文献書誌] Gilmore, A.M., et al.: "Excitation energy flow at 77K in the photosynthetic apparatus of overwintering evergreens"Plant Cell and Environment. 26. 1021-1034 (2003)