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光合成反応中心に存在する微量な鍵クロロフイルの機能解明

研究課題

研究課題/領域番号 17029011
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関筑波大学

研究代表者

小林 正美  筑波大学, 大学院数理物質科学研究科, 助教授 (70234846)

研究期間 (年度) 2005 – 2006
研究課題ステータス 完了 (2006年度)
配分額 *注記
4,000千円 (直接経費: 4,000千円)
2006年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
2005年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
キーワード光合成 / クロロフィル / 葉緑素 / 生物物理 / 物理化学 / 光生物 / エネルギー / 光エネルギー
研究概要

植物の光合成の進化は、遺伝子または蛋白質の観点から議論されているが、我々は光合成反応中心にのみ存在する鍵成分(葉緑素やキノン)の化学構造から議論できるのではないか考え研究を進めた。
光合成の反応中心は、電子伝達成分に鉄・イオウセンターを有する系1型反応中心と2個のキノンを直列に配した系2型反応中心とに大別されてきた。本研究では、前者の反応中心を対象とした。具体的には、(1)ヘリオバクテリア、(2)グロエオバクター、(3)シアノバクテリア、(4)アカリオクロリスを実験材料とした。遺伝子レベルでの解析では、この順で生物進化が進行したと見なされている。このうち、(1)のみが非酸素発生型の光合成バクテリアで、他は酸素発生をする藻類である。
先ず、初発電荷分離体だが、(1)バクテリオクロロフィル(BChl) g',(2)クロロフィル(Chl)a',(3)Chl a',(4)Chl d'であった。すなわち、初発電荷分離体は、通常のChl aではない。光合成バクテリアから最初の酸素発生型植物に生物進化する際((1)→(2))に、BChl g'→Chl a'なる化学進化が起こったことになる。また、ホヤの体内に共生するため、(3)→(4)でChl a'→Chl d'なる化学進化が起こった。
次に、一次電子受容体(A_0)は、(1)Chl a,(2)Ch1 a,(3)Chl a,(4)Chl aと、驚くべきことに全く化学進化していないことを明らかにした。
最後に、二次電子受容体(A_1)の分析を行ったところ、(1)メナキノン(MQ),(2)MQ,(3)フィロキノン(PhQ),(4)PhQであった。
以上をまとめると、(1)→(2):初発電荷分離体の化学進化(BChl g'→Chl a')、(2)→(3):A_1の化学進化(MQ→PhQ)、(3)→(4):初発電荷分離体の化学進化(Chl a'→Chl d')が起こったことになる。すなわち、電子伝達成分の化学進化は、生物進化の過程で、複数同時には起こらず、一つずつ起こったことを初めて明らかにした。

報告書

(2件)
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2007 2006 2005

すべて 雑誌論文 (5件) 図書 (3件)

  • [雑誌論文] Redox potential of chlorophyll d in vitro2007

    • 著者名/発表者名
      M.Kobayashi, S.Ohashi, K.Iwamoto, Y.Shiraiwa, Y.Kato, T.Watanabe
    • 雑誌名

      Biochimica et Biophysica Acta (In press)

    • NAID

      120007139213

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Lipids in oxygen-evolving photosystem II complexes of cyanobacteria and higher plants2006

    • 著者名/発表者名
      I.Sakurai, J.-R.Shen, J.Leng, S.Ohashi, M.Kobayashi, H.Wada
    • 雑誌名

      Journal of Biochemistry 140

      ページ: 201-209

    • NAID

      10018842884

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Minor but key chlorophylls in Photosystem II2005

    • 著者名/発表者名
      M.Kobayashi et al.
    • 雑誌名

      Photosynth.Res. 84・7

      ページ: 201-207

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Serendipitous discovery of Ch1 d formation from Ch1 a with papain2005

    • 著者名/発表者名
      H.Koizumi et al.
    • 雑誌名

      Sci.Tech.Advanced Materials 6・8

      ページ: 551-557

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] The secondary electron acceptor of photosystem I in Gloeobacter violaceus PCC 7421 is menaquinone-4 that is synthesized by a unique butunknown pathway2005

    • 著者名/発表者名
      M.Mimuro et al.
    • 雑誌名

      FEBS Lett. 579・3

      ページ: 3493-3496

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [図書] 「光合成微生物の色素・クロロフィル」、光合成微生物の機能と応用2006

    • 著者名/発表者名
      小林正美, 大橋俊介
    • 出版者
      CMC出版
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [図書] Biochemistry, Biophysics Functions and Applications(ed.by B.Grimm, R.J.Porra, W.Rudiger, H.Scheer)2006

    • 著者名/発表者名
      M.Kobayashi, M.Akiyama, H.Kise, T.Watanabe
    • 出版者
      Springer
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [図書] Biochemistry, Biophysics, Functions and Applications (ed.by B.Grimm, R.J.Porra, W.Rudiger, H.Scheer)2006

    • 著者名/発表者名
      M.Kobayashi, M.Akiyama, H.Kano, H.Kise
    • 出版者
      Springer
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書

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公開日: 2005-04-01   更新日: 2018-03-28  

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