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光合成水分解触媒マンガンクラスターの酸化還元特性の解明

研究課題

研究課題/領域番号 25410009
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 物理化学
研究機関名古屋大学

研究代表者

加藤 祐樹  名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (10376634)

連携研究者 野口 巧  名古屋大学, 大学院理学研究科, 教授 (60241246)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2015年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2014年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2013年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワード光合成 / 水分解 / 酸素発生 / 電子伝達 / 光化学系 / 酸化還元電位 / 分光電気化学 / FTIR
研究成果の概要

本研究では、光合成反応のうちで最大の謎とされる水分解→酸素発生反応の分子メカニズムの解明を目的に、水分解触媒として機能するマンガンクラスターの酸化還元電位の計測に取り組んだ。フーリエ変換赤外差スペクトル法を分光電気化学法に適用した計測系を新たに構築して実測をを行った。その結果、S0S1遷移のEmはこれまでの予想に反して+200 mVよりも低いことを明らかにした。またこの測定に付随して、これまで実測例がなかった第二キノン電子受容体QBのEmを初めて計測するに至り、第一還元電位は+93 mV、第二電位は+213 mVと決定した。これによりQAとの電位相関が明らかになり、電子伝達機構を解明した。

報告書

(4件)
  • 2015 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2014 実施状況報告書
  • 2013 実施状況報告書
  • 研究成果

    (30件)

すべて 2016 2015 2014 2013

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (25件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Mutation-induced perturbation of the special pair P840 in the homodimeric reaction center in green sulfur bacteria2016

    • 著者名/発表者名
      C. Azai, Y. Sano, Y. Kato, T. Noguchi and H. Oh-oka
    • 雑誌名

      Sci. Rep.

      巻: ー 号: 1 ページ: 19878-19878

    • DOI

      10.1038/srep19878

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Redox potential of the terminal quinone electron acceptor QB in photosystem II reveals the mechanism of electron-transfer regulation2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Kato, R. Nagao, T. Noguchi
    • 雑誌名

      Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.

      巻: 113 号: 3 ページ: 620-625

    • DOI

      10.1073/pnas.1520211113

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] FTIR spectroelectrochemistry combined with a light-induced difference technique: Application to the iron-quinone electron acceptor in photosystem II2016

    • 著者名/発表者名
      Yuki Kato, Takumi Noguchi
    • 雑誌名

      Biomedical Spectroscopy and Imaging

      巻: -

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Long-range interaction between the Mn_4CaO_5-cluster and the non-hemeiron center in photosystem II as revealed by FTIR spectroelectrochemistry2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Kato, T. Noguchi
    • 雑誌名

      Biochemistry

      巻: 53 号: 30 ページ: 4914-4923

    • DOI

      10.1021/bi500549b

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 光合成光化学系IIにおけるMnクラスターと第一キノン電子受容体QAの長距離相互作用2016

    • 著者名/発表者名
      加藤 祐樹, 石井 里奈, 野口 巧
    • 学会等名
      日本化学会第96春季年会
    • 発表場所
      同志社大学 京田辺キャンパス(京都府京田辺市)
    • 年月日
      2016-03-26
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] ATR-FTIR analysis of the long-range interaction between the Mn cluster and the primary quinone QA in photosystem II2016

    • 著者名/発表者名
      加藤 祐樹, 石井 里奈, 野口 巧
    • 学会等名
      第57回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      岩手大学(岩手県盛岡市)
    • 年月日
      2016-03-20
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 光化学系IIにおけるキノンQA・QB間の電子伝達制御機構の解明:QBの酸化還元電位計測2016

    • 著者名/発表者名
      加藤 祐樹, 長尾 遼, 野口 巧
    • 学会等名
      平成27年度生物物理学会中部支部講演会
    • 発表場所
      岡崎コンファレンスセンター(愛知県岡崎市)
    • 年月日
      2016-02-29
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Redox potential of the secondary quinone electron acceptor QB in photosystem II as revealed by FTIR spectroelectrochemistry2015

    • 著者名/発表者名
      Yuki Kato, Ryo Nagao, Takumi Noguchi
    • 学会等名
      International Meeting Photosynthesis Research for Sustainability -2015
    • 発表場所
      Orthodox Academy of Crete, Chania, Crete, Greece
    • 年月日
      2015-09-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] FTIR spectroelectrochemical measurement of the redox potential of the secondary quinone electron acceptor QB in photosystem II2015

    • 著者名/発表者名
      Yuki Kato, Ryo Nagao, Takumi Noguchi
    • 学会等名
      第53回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      金沢大学 角間キャンパス(石川県金沢市)
    • 年月日
      2015-09-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 光合成光化学系II複合体における第二キノン電子受容体QBの酸化還元電位測定2015

    • 著者名/発表者名
      加藤 祐樹, 長尾 遼, 野口 巧
    • 学会等名
      2015年電気化学秋季大会
    • 発表場所
      埼玉工業大学(埼玉県)
    • 年月日
      2015-09-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 光化学系II第二キノン QBの二電子還元反応の解析2015

    • 著者名/発表者名
      加藤 祐樹, 長尾 遼, 野口 巧
    • 学会等名
      第23回光合成セミナー2015
    • 発表場所
      龍谷大学 大宮キャンパス(京都市)
    • 年月日
      2015-07-12
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] FTIR Spectroelectrochemical Study on Long-Range Interaction between the Mn4CaO5 Cluster and the Non-Heme Iron Center in Photosystem II2015

    • 著者名/発表者名
      Yuki Kato, Takumi Noguchi
    • 学会等名
      "Metals in Biology" in Wako
    • 発表場所
      RIKEN Wako Campus(埼玉県和光市)
    • 年月日
      2015-06-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 光合成光化学系IIにおけるキノン電子受容体QA・QB間の電子伝達制御: QBの酸化還元電位計測に基づく解析2015

    • 著者名/発表者名
      加藤 祐樹, 長尾 遼, 野口 巧
    • 学会等名
      第42回生体分子科学討論会
    • 発表場所
      高崎シティーギャラリー(群馬県高崎市)
    • 年月日
      2015-06-12
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Mnクラスターの損傷に対する光化学系IIキノンQA・QB間の電子伝達制御と光防御機構 −QBの酸化還元電位計測による解析2015

    • 著者名/発表者名
      加藤 祐樹, 長尾 遼, 野口 巧
    • 学会等名
      第6回日本光合成学会年会
    • 発表場所
      岡山国際交流センター(岡山県岡山市)
    • 年月日
      2015-05-22
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 光合成光化学系II第二キノンQBの酸化還元電位測定 -FTIR分光電気化学法によるアプローチ2015

    • 著者名/発表者名
      加藤 祐樹, 長尾 遼, 野口 巧
    • 学会等名
      日本化学会第94春季年会
    • 発表場所
      日本大学 理工学部船橋キャンパス(千葉県・船橋市)
    • 年月日
      2015-03-26
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] 光合成における光化学系II第二キノン電子受容体QBの酸化還元電位計測2015

    • 著者名/発表者名
      加藤 祐樹, 長尾 遼, 野口 巧
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学(東京都)
    • 年月日
      2015-03-21
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] 光化学系IIにおける第二キノン電子受容体QBの首振り機構による電子・プロトン伝達2015

    • 著者名/発表者名
      嘉手川千央、加藤祐樹、野口巧
    • 学会等名
      第56回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      東京農業大学(東京都)
    • 年月日
      2015-03-18
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] FTIR分光電気化学法による光化学系II第二キノンQBの酸化還元電位計測 −QA・QB間の電位制御と光防御機構2015

    • 著者名/発表者名
      加藤 祐樹, 長尾 遼, 野口 巧
    • 学会等名
      第56回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      東京農業大学(東京都)
    • 年月日
      2015-03-17
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] 光合成光化学系IIにおけるMnクラスターの損傷が電子受容側機能分子の酸化還元電位に及ぼす影響2014

    • 著者名/発表者名
      加藤祐樹, 野口 巧
    • 学会等名
      2014年電気化学秋季大会
    • 発表場所
      北海道大学(北海道・札幌市)
    • 年月日
      2014-09-27
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] Electron and proton transfer mechanism of the secondary quinone electron acceptor QB in photosystem II2014

    • 著者名/発表者名
      Yukihiro Kadekawa, Yuki Kato, Takumi Noguchi
    • 学会等名
      第52回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター(北海道・札幌市)
    • 年月日
      2014-09-25
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] FTIR spectroelectrochemical study on the influence of Mn-depletion on the redox potential of the non-heme iron and its surrounding structure in photosystem II2014

    • 著者名/発表者名
      Yuki Kato, Takumi Noguchi
    • 学会等名
      International Conference "Photosynthesis Research for Sustainability"
    • 発表場所
      RAS, Puschino, Russia
    • 年月日
      2014-06-04
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 光化学系IIにおけるMnクラスターの損傷がアクセプター側機能分子に及ぼす影響 -FTIR分光電気化学計測による解析2014

    • 著者名/発表者名
      加藤 祐樹, 野口 巧
    • 学会等名
      平成25年度生物物理学会中部支部会講演会
    • 発表場所
      岡崎コンファレンスセンター
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] 光化学系IIにおいてMn除去は非ヘム鉄の酸化還元電位を変動させるか?2014

    • 著者名/発表者名
      加藤 祐樹, 野口 巧
    • 学会等名
      第55回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      富山大学
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] 光合成光化学系IIにおけるMnクラスターの損傷が非ヘム鉄の酸化還元電位に及ぼす影響2014

    • 著者名/発表者名
      加藤 祐樹, 野口 巧
    • 学会等名
      日本化学会第94春季年会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] 光化学系IIにおけるMn除去が非ヘム鉄の酸化還元電位に及ぼす影響 -FTIR-分光電気化学法によるアプローチ2013

    • 著者名/発表者名
      加藤祐樹, 野口 巧
    • 学会等名
      第4回日本光合成学会年会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] Mn除去による光化学系II非ヘム鉄の酸化還元電位の変動2013

    • 著者名/発表者名
      加藤祐樹, 野口 巧
    • 学会等名
      第21回光合成セミナー
    • 発表場所
      名古屋工業大学
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] nfluence of the Mn-Depletion on the Redox Potential of the Non-Heme Iron in Photosystem II as revealed by FTIR-Spectroelectrochemistry2013

    • 著者名/発表者名
      Yuki Kato, Takumi Noguchi
    • 学会等名
      The 16th International Congress on Photosynthesis
    • 発表場所
      St. Louis Hyatt Regency at the Arch
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] FTIR-Spectroelectrochemical Study on the Influence of the Mn-Depletion from Photosystem II on the Redox Potential of the Non-Heme Iron2013

    • 著者名/発表者名
      Yuki Kato, Takumi Noguchi
    • 学会等名
      Seventh International Conference on Advanced Vibrational Spectroscopy -7th ICAVS
    • 発表場所
      神戸コンベンションセンター
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] FTIR-Spectroelectrochemical Investigation into Whether the Mn-Depletion influences the Redox Potential of the Non-Heme Iron in Photosystem II2013

    • 著者名/発表者名
      Yuki Kato, Takumi Noguchi
    • 学会等名
      第51回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      国立京都国際会館
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [図書] 光合成のエネルギー変換と物質変換2015

    • 著者名/発表者名
      加藤祐樹(共著)
    • 総ページ数
      281
    • 出版者
      化学同人
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2014-07-25   更新日: 2019-07-29  

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