生物による水素エネルギー生産を目指した光合成の水分解機構と分子構造に関する研究

• 研究課題/領域番号: 18770116
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 機能生物化学
• 研究機関: 愛媛大学 (2008); 大阪府立大学 (2006-2007)
• 研究代表者: 杉浦 美羽 愛媛大学, 無細胞生命科学工学研究センター, 准教授 (80312255)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2008
• 研究課題ステータス: 完了 (2008年度)
• 配分額: 3,950千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 150千円); 2008年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2007年度: 500千円 (直接経費: 500千円); 2006年度: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
• キーワード: 生体エネルギー変換 / 光合成電子伝達系 / 酸素発生 / 部位特異的変異 / 好熱性ラン藻 / 光化学系II / 好熱性シアノバクテリア / 水素エネルギー

研究概要

光合成によるエネルギー変換機能を改良して新規エネルギー生産に応用することを目的として、その初発の反応である水の酸化機能を高めた組換え体の作製を試みた。遺伝子組換えによって遺伝子の発現を制御したり、光化学系II反応中心のアミノ酸を変えることにより、水の酸化機能を1.8倍高めることに成功した。更に機能を高める目的で、水の酸化で生じた電子を受け取る+1.2 Vの高い酸化還元電位を持つP680クロロフィルのリガンドアミノ酸を別のアミノ酸に置換したところ、水の酸化には殆ど影響しないことが明らかになった。

研究成果

• [雑誌論文] Complete EPR spectrum of the S3-state of the oxygen-evolving Photosystem II (2009)
  • 著者名/発表者名: Boussac, A., Sugiura, M., Rutherford, A.W. and Dorlet, P.
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc 131 ページ: 5050-5051
• [雑誌論文] Probing the coupling between proton and electron transfer in Photosystem II core complexes containing a 3-fluorotyrosine (2009)
  • 著者名/発表者名: Rappaport, F. Boussac, A., Force, D. A., Peloquin, J., Brynda, M., Sugiura, M., Un, U., Britt, R. and Diner, B.
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc 131 ページ: 4425-4433
• [雑誌論文] 酸素発生型光合成微生物による光-水素生成、新エネルギーの開発の現状と将来特集 (2009)
  • 著者名/発表者名: 杉浦美羽
  • 雑誌名: KEC情報(関西電子工業振興センター発刊) 208 ページ: 28-31
• [雑誌論文] Probing the coupling between proton and electron transfer in Photosystem II core complexes containing a 3-fluorotyrosine (2009)
  • 著者名/発表者名: IRappaport, F., Boussac, A., Force, D. A., Peloquin, J., Brynda, M., Sugiura, M., Un, U., Britt, R., and Diner. B
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc 131 ページ: 4425-4433
  • 査読あり
• [雑誌論文] Complete EPR spectrum of the S3-state of the oxygen-evolving Photosystem II (2009)
  • 著者名/発表者名: Boussac, A., Sugiura, M., Rutherford, A. W., and Dorlet, P
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc 131 ページ: 5050-5051
  • 査読あり
• [雑誌論文] Monitoring proton release during photosynthetic water oxidation in photosystem II by means of isotope-edited infrared spectroscopy (2009)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, H., Sugiura, M. and Noguchi, T
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc (In press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] 酸素発生型光合成微生物による光-水素生成 (2009)
  • 著者名/発表者名: 杉浦美羽
  • 雑誌名: KEC情報(関西電子工業振興センター発刊) 208 ページ: 28-31
• [雑誌論文] The role of TyrD in the electron transfer kinetics in Photosystem II (2008)
  • 著者名/発表者名: Szczepaniak, M., Sugiura, M. and Holzwarth, A.R.
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Acta (Bioenergetics) 1777 ページ: 1510-1517
• [雑誌論文] Monitoring water reactions during the S-state cycle of the photosynthetic water-oxidizing center : Detection of the DOD bending vibrations by means of Fourier transform infrared spectroscopy (2008)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, H., Sugiura, M. and Noguchi, T.
  • 雑誌名: Biochemistry 47 ページ: 22024-11030
• [雑誌論文] Analysis of xenon binding to photosystem Ii by X-ray crystallography (2008)
  • 著者名/発表者名: Murray, J.W., Maghlaoui, K., Kargul, J., Sugiura, M., and Barber, J.
  • 雑誌名: Photosynth Res 98 ページ: 523-527
• [雑誌論文] Evidence for a stable association of Psb30 (Ycf12) with photosystem II core complex in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2008)
  • 著者名/発表者名: Inoue-Kashino, N., Takahashi, T., Ban, A., Sugiura, M., Takahashi, Y., Satoh, K. and Kashino, Y
  • 雑誌名: Photosynth. Res 98 ページ: 323-335
• [雑誌論文] Quantum efficiency distributions of photo-induced side-pathway donor oxidation at cryogenic temperature in Photosystem II (2008)
  • 著者名/発表者名: Hughes, J. L., Rutherford, A. W., Sugiura, M. and Krausz, E.
  • 雑誌名: Photosynth. Res 98 ページ: 199-266
• [雑誌論文] X-ray crystallography identifies two chloride binding sites in the oxygen evolving centre of Photosystem II (2008)
  • 著者名/発表者名: Murray, J.W, Maghlaoui, K., Kargul, J., Ishida, N., Lai, T.-L., Rutherford, A.W., Sugiura, M., Boussac. A. and Barber, J.
  • 雑誌名: Energy & Environmental Science 1 ページ: 161-166
• [雑誌論文] Isotopic labelling of Photosystem II in Thermosynechococcus elongatus (2008)
  • 著者名/発表者名: Boussac, A., Verbavatzand, J.-M., and Sugiura, M.
  • 雑誌名: Photosynth. Res 98 ページ: 285-292
• [雑誌論文] Biosynthetic Exchange of Bromide for Chloride and Strontium for Calcium in the Photosystem II Oxygen-evolving Enzymes (2008)
  • 著者名/発表者名: Ishida, N, Sugiura, M., Rappaport, F., Lai, T.-L., Rutherford, A.W., and Boussac, A.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem 283 ページ: 13330-13340
• [雑誌論文] Flash-induced FTIR Difference Spectroscopy Shows No Evidence for Structural Coupling of Bicarbonate to the Oxygen-Evolving Mn cluster in Photosystem II (2008)
  • 著者名/発表者名: Aoyama, C., Suzuki, H., Sugiura, M. and Noguchi, T.
  • 雑誌名: Biochemistry 47 ページ: 2760-2765
• [雑誌論文] Influence of Histidine-198 of the D1 subunit on the properties of the primary electron donor, P680, of Photosystem II (2008)
  • 著者名/発表者名: Sugiura, M., Boussac, A., Noguchi, T. and Rappaport, F.
  • 雑誌名: Thermosynechococcus elongatus Biochim. Biophys. Acta (Bioenergetics) 1777 ページ: 331-342
• [雑誌論文] Low temperature illuminations of Photosystem II from Thermosynechococcus elongatus by visible and near-infrared lights (2008)
  • 著者名/発表者名: Boussac, A., Sugiura, M., Lai, T.-L. and Rutherford, A.W.
  • 雑誌名: Philos. Trans. R. Soc. Lond.: B. Biol. Sci. 363 ページ: 1203-1210
• [雑誌論文] Influence of Histidine-198 of the D1 subunit on the properties of the primary electron donor, P_<680>, of Photosystem II Thermosynechococcus elongatus (2008)
  • 著者名/発表者名: Sugiura, M., Boussac, A., Noguchi, T. and Rappaport, F
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Acta (Bioenergetics) 1777 ページ: 331-342
  • 査読あり
• [雑誌論文] Flash-induced FTIR Difference Spectroscopy Shows No Evidence for Structural Coupling of Bicarbonate to the Oxygen-Evolving Mn cluster in Photosystem II (2008)
  • 著者名/発表者名: Aoyama, C., Suzuki, H., Sugiura, M. and Noguchi, T
  • 雑誌名: Biochemistry 47 ページ: 2760-2765
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biosynthetic Exchange of Bromide for Chloride and Strontium for Calcium in the Photosystem II Oxygen-evolving Enzymes (2008)
  • 著者名/発表者名: Ishida, N, Sugiura, M., Rappaport, F., Lai, T.-L., Rutherford, A.W., and Boussac, A
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 283 ページ: 13330-13340
  • 査読あり
• [雑誌論文] Isotopic labelling of Photosystem II in Thermosynechococcus elongatus (2008)
  • 著者名/発表者名: Boussac, A., Verbavatzand, J.-M., and Sugiura, M
  • 雑誌名: Photosynth. Res 98 ページ: 285-292
  • 査読あり
• [雑誌論文] X-ray crystallography identifies two chloride binding sites in the oxygen evolving centre of Photosystem II (2008)
  • 著者名/発表者名: Murray, J.W, Maghlaoui, K., Kargul, J., Ishida, N., Lai, T.-L., Rutherford, A.W., Sugiura, M., Boussac. A. and Barber, J
  • 雑誌名: Energy & Environmental Science 1 ページ: 161-166
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum efficiency distributions of photo-induced side-pathway donor oxidation at cryogenic temperature in Photosystem II (2008)
  • 著者名/発表者名: Hughes, J. L., Rutherford, A. W., Sugiura, M. and Krausz, E
  • 雑誌名: Photosynth. Res 98 ページ: 199-266
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evidence for a stable association of Psb30 (Ycf12) with photosystem II core complex in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (2008)
  • 著者名/発表者名: Inoue-Kashino, N., Takahashi, T., Ban, A., Sugiura, M., Takahashi, Y., Satoh, K., and Kashino, Y
  • 雑誌名: Photosynth. Res 98 ページ: 323-335
  • 査読あり
• [雑誌論文] Monitoring water reactions during the S-state cycle of the photosynthetic water-oxidizing center: Detection of the DOD bending vibrations by means of Fourier transform infrared spectroscopy (2008)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, H., Sugiura, M. and Noguchi, T
  • 雑誌名: Biochemistry 47 ページ: 22024-11030
  • 査読あり
• [雑誌論文] The role of TyrD in the electron transfer kinetics in Photosystem II (2008)
  • 著者名/発表者名: Szczepaniak, M., Sugiura, M., and Holzwarth, A. R
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Acta (Bioenergetics) 1777 ページ: 1510-1517
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low temperature illuminations of Photosystem II from Thermosynechococcus elongatus by visible and near-infrared lights (2008)
  • 著者名/発表者名: Boussac, A., Sugiura, M., Lai, T.-L.and Rutherford, A.W.
  • 雑誌名: Philosophical Transactions of the Royal Society:B 363 ページ: 1203-1210
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of Histidine-198 of the Dl subunit on the properties of the primary lectron donor,P_680,of Photosystem II Thermosynechococcus elongatus (2008)
  • 著者名/発表者名: Sugiura, M., Boussac, A., Noguchi, T.and Rappaport, F.
  • 雑誌名: Biochim.Biophys.Acta(Bioenergetics) 1778 ページ: 331-342
  • 査読あり
• [雑誌論文] Flash-induced FTIR Difference Spectroscopy Shows No Evidence for Structural Coupling of Bicarbonate to the Oxygen-Evolving Mncluster in Photosystem II (2008)
  • 著者名/発表者名: Aoyama, C., Suzuki, H., Sugiura, M.and Noguchi, T.
  • 雑誌名: Biochemistry 47 ページ: 2760-2765
  • 査読あり
• [雑誌論文] Water molecules coupled to the redox-active tyrosine YD in Photosystem II as detection by FTIR Spectroscopy (2007)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, R., Sugiura, M. and Noguchi, T.
  • 雑誌名: Biochemistry 46 ページ: 14245-14249
• [雑誌論文] Ycf12 is a core subunit in photosystem II complex (2007)
  • 著者名/発表者名: Kashino, Y., Ikeda, Y., Ban, A., Inoue-Kashino, N., Satoh, K. and Sugiura, M.
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Acta (Bioenergetics) 1767 ページ: 1269-1275
• [雑誌論文] A nitrite transporter associated with nitrite uptake by higher plant chloroplasts (2007)
  • 著者名/発表者名: Sugiura, M, Georgescu, M. N. and Takahashi, M.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol 48 ページ: 1022-1035
  • NAID: 10027003214
• [雑誌論文] Perturbation of the structure of P680 and the charge distribution on its radical cation in isolated reaction center complexes of photosystem II as revealed by Fourier transform infrared spectroscopy (2007)
  • 著者名/発表者名: Okubo, T., Sugiura, M., Tomo, T., and Noguchi, T.
  • 雑誌名: Biochemistry 46 ページ: 4390-4397
• [雑誌論文] Characterization of the tyrosine-Z radical and its environment in the spin-coupled S2TyrZ state of Photosystem II from Thermosynechococcus elongatus (2007)
  • 著者名/発表者名: Un, S., Boussac, A. and Sugiura, M.
  • 雑誌名: Biochemistry 46 ページ: 3138-3150
• [雑誌論文] A nitrite transporter associated with nitrite uptake by higher plant chloroplasts (2007)
  • 著者名/発表者名: Sugiura, M, Georgescu, M.N.and Takahashi, M.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 48 ページ: 1022-1035
  • NAID: 10027003214
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ycfl2 is a core subunit in photosystem II complex (2007)
  • 著者名/発表者名: Kashino, Y., Ikeda, Y., Ban, A., Inoue-Kashino, N., Satoh, K.and Sugiura, M.
  • 雑誌名: Biochim.Biophys.Acta(Bioenergetics) 1767 ページ: 1269-1275
  • 査読あり
• [雑誌論文] Water molecules coupled to the redox-active tyrosine Y_D in Photosystem II as detection by FTIR Spectroscopy (2007)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, R., Sugiura, M.and Noguchi, T.
  • 雑誌名: Biochemistry 46 ページ: 14245-14249
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of the Tyrosine-Z radical and Its Environment in the Spin-Coupled S_2Tyr_z State of Photosystem II from Thermosynechococcus elongatus (2007)
  • 著者名/発表者名: Sun Un, Alain Boussac, Miwa Sugiura
  • 雑誌名: Biochemistry 46 ページ: 3138-3150
• [雑誌論文] Perturbation of the structure of P_<680> and the charge distribution on its radical cation in isolated reaction center complexes of photosystem II as revealed by Fourier transform infrared spectroscopy (2007)
  • 著者名/発表者名: Okubo, T., Sugiura, M., Tomo, T., Noguchi, T.
  • 雑誌名: Biochemistry 46(印刷中)
• [雑誌論文] Structural perturbation of the carboxylate ligands to the Mn cluster upon Ca2+/Sr2+ exchange in the S-state cycle of photosynthetic oxygen evolution as studied by flash-induced FTIR difference spectroscopy (2006)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, H., Taguchi, Y., Sugiura, M., Boussac, A. and Noguchi, T.
  • 雑誌名: Biochemistry 45 ページ: 13454-13464
• [雑誌論文] Structural Perturbation of the Carboxylate Ligands to the Mn Cluster upon Ca^<2+>/Sr^<2+> Exchange in the S-state Cycle of Photosynthetic Oxygen (2006)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, H., Taguchi, Y., Sugiura, M., Boussac, A., Noguchi, T
  • 雑誌名: Biochemistry 45 ページ: 13454-13464
• [学会発表] 光化学系IIタンパク質複合体の分子構造の解析の現状 (2009)
  • 著者名/発表者名: 杉浦美羽
  • 学会等名: 平成20年度愛媛地区分析化学講演会
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2009-01-29
• [学会発表] 水の酸化反応におけるD1-His332の役割 (2009)
  • 著者名/発表者名: 杉浦美羽、大野陽平、Alain Boussac、Fabrice Rappaport、鈴木博行、野口巧、林秀則
  • 学会等名: 第50回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学
• [学会発表] 酸化反応におけるDl-His332の役割 (2009)
  • 著者名/発表者名: 杉浦美羽、大野陽平、Alain Boussac、Fabrice Rappaport、鈴木博行、野口巧、林秀則
  • 学会等名: 第50回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学
• [学会発表] 光化学系IIにおける水の分解メカニズム (2008)
  • 著者名/発表者名: 杉浦美羽
  • 学会等名: 2008年度日本化学会中国四国支部会
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2008-12-04
• [学会発表] 光化学系IIにおける水の分解メカニズム (2008)
  • 著者名/発表者名: 杉浦美羽
  • 学会等名: 日本化学会中国四国支部会
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2008-12-04
• [学会発表] Effects of P680 ligand substitution in the oxygen-evolving Photosystem II of Thermosynechococcus elongatus (2008)
  • 著者名/発表者名: Miwa Sugiura, Alain Boussac, Takumi Noguchi, and Fabrice Rappaport
  • 学会等名: Protein Island Matsuyama Inernational Symposium
  • 発表場所: Matsuyama
  • 年月日: 2008-09-26
• [学会発表] Effects of P_<680> ligand substitution in the oxygen-evolving Photosystem II of Thermosynechococcus elongatus (2008)
  • 著者名/発表者名: Miwa Sugiura, Alain Boussac, Takumi Noguchi, and Fabrice Rappaport
  • 学会等名: Protein Island Matsuyama Inernational Symposium
  • 発表場所: 松山全日空ホテル
  • 年月日: 2008-09-26
• [学会発表] 酸素発生型光合成微生物による光-水素生成 (2008)
  • 著者名/発表者名: 杉浦美羽
  • 学会等名: 2008年度KECセミナー新エネルギー開発の現状と将来-更なるCO2削減を目指して-
  • 発表場所: (社)関西電子工業振興センター
  • 年月日: 2008-07-18
• [学会発表] 酸素発生型光合成微生物による光-水素生成 (2008)
  • 著者名/発表者名: 杉浦美羽
  • 学会等名: 2008年度KECセミナー新エネルギー開発の現状と将来〜更なるCO_2削減を目指して〜
  • 発表場所: (社)関西電子工業振興センター
  • 年月日: 2008-07-18
• [学会発表] The water splitting enzyme: recent advances (2008)
  • 著者名/発表者名: A., Boussac, N., Ishida, T.-L., Lai, A.W,. Rutherford, F., Rappaport, Y., Pushkar, M., Sugiura
  • 学会等名: 第46回日本生物物理学会シンポジウム-光合成の新たなる潮流-
  • 発表場所: 福岡国際会議場
• [学会発表] 光化学系IIの構造と機能の解明から応用まで (2008)
  • 著者名/発表者名: 杉浦美羽
  • 学会等名: 第46回日本生物物理学会シンポジウム-光合成の新たなる潮流-
  • 発表場所: 福岡国際会議場
• [学会発表] 光化学系IIの構造と機能の解明から応用まで (2008)
  • 著者名/発表者名: 杉浦美羽
  • 学会等名: 第46回日本生物物理学会
  • 発表場所: 福岡国際会議場
• [学会発表] Effects of P_680 ligand in the oxygen-evolving Photosystem II of Thermosynechococcus elongatus (2007)
  • 著者名/発表者名: Miwa Sugiura
  • 学会等名: The 14th International Congress on Photosynthesis
  • 発表場所: Glasgow(Scotland)
  • 年月日: 2007-07-23
• [学会発表] Spectroscopic studies of the Mn_4Ca cluster in mutans and biosyntheticallt modified Photosystem II from Thermosynechococcus elongatus (2007)
  • 著者名/発表者名: Alain Boussaz, Miwa Sugiura, Naoko Ishida, Sun Un, Fabrice Rappaport, and A.William Rutherford
  • 学会等名: The 14th International Congress on photosynthesis
  • 発表場所: Glasgow(Scotland)
  • 年月日: 2007-07-23
• [学会発表] FTIR study on the proton release pattern duing water oxidation in Photosystem II core complexes from Thermosynechococcus elongatus (2007)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Suzuki, Miwa Sugiura, and Takumi Noguchi
  • 学会等名: The 14th International Congress on photosynthesi
  • 発表場所: Glasgow(Scotland)
  • 年月日: 2007-07-23
• [学会発表] Structural coupling of water molecules with Y_D in Photosystem II as revealed by FTIR spectroscopy (2007)
  • 著者名/発表者名: Ryota Takahashi, Miwa Sugiura, and Takumi Noguchi
  • 学会等名: The 14th International Congress on Photosynthesis
  • 発表場所: Glasgow(Scotland)
  • 年月日: 2007-07-23
• [学会発表] Influence of the redox active Tyrosine D on the electron transfer in cyanobacterial Photosytem II (2007)
  • 著者名/発表者名: Malwina Szczepaniak, Miwa Sugiura, and Alfred R.holzwarth
  • 学会等名: The 14th International Congress on Photosynthesis:Satellite Workshop on Photosynthetic Light-Harvesting Systems
  • 発表場所: Dryme(Scotland)
  • 年月日: 2007-07-12
• [学会発表] 光化学系IIにおける酸素発生の分子機能と構造:部位特異的変異を導入した好熱性シアノバクテリアが解明のブレークスルーになる (2007)
  • 著者名/発表者名: 杉浦美羽
  • 学会等名: 第87回日本化学会春期年会特別企画シンポジウム(光合成機能の分子メカニズムと工学応用-分子レベルの探求から太陽光エネルギー変換系への応用まで-)
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 2007-03-26
• [学会発表] Thermosynechococcus elongatus光化学系IIにおけるP680リガンドの酸化還元電位への影響 (2007)
  • 著者名/発表者名: 杉浦美羽、Alain Boussac、野口巧、Fabrice Rappaport
  • 学会等名: 第48回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 愛媛大学
• [学会発表] Spectroscopic studies of the Mn_4Ca cluster in mutants and biosynthetically modified photosystem II from Thermosynechococcus elongatus (2007)
  • 著者名/発表者名: Alain Boussac and Miwa Sugiura
  • 学会等名: Royal Society meeting: How Nature uses sulight to split water
  • 発表場所: Royal Society(London)
• [学会発表] P_680ligand in the oxyen-evolving Photosystem II of Thermosynechococcus elongatus (2007)
  • 著者名/発表者名: Miwa Sugiura, Alain Boussac, Takumi Noguchi, and Fabrice Rappaport
  • 学会等名: The 14th International Congress on photosynthesis:Satellite Workshop on Solar Energy and Artificial Photosynthesis
  • 発表場所: Royal Society (London)
• [産業財産権] 光合成を利用した酸素発生型光合成微生物による水素生産方法 (2008)
  • 発明者名: 杉浦美羽
  • 権利者名: 杉浦美羽
  • 産業財産権番号: 2008-006011
  • 出願年月日: 2008-01-15
• [産業財産権] 光合成を利用した酸素発生型光合成微生物による水素生産方法 (2008)
  • 発明者名: 杉浦 美羽
  • 権利者名: 大阪府立大学
  • 産業財産権番号: 2008-006011
  • 出願年月日: 2008-01-15