光合成エネルギー伝達機構の解明に向けたハイブリッド型カロテノイド類縁体の創製

• 研究課題/領域番号: 26410183
• 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: 生体関連化学
• 研究機関: 大阪市立大学
• 研究代表者: 坂口 和彦 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 准教授 (80264795)
• 研究分担者: 勝村 成雄 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 客員教授 (70047364)
• 連携研究者: 橋本 秀樹 大阪市立大学, 複合先端研究機構, 教授 (50222211)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2016年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2015年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2014年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: フコキサンチン / 海洋光合成初期過程 / 超分子複合体 / ICT準位 / 超効率的エネルギー伝達 / パラセントロン / 光合成初期過程 / 両官能性C5ジエン / クロスカップリング / スフェロイデノン / 両官能性C5ジエンユニット / クロスカップリング反応 / 両官能性ジエン / カロテノイド / エネルギー伝達

研究成果の概要

多官能性カロテノイドであるフコキサンチンは海洋光合成初期過程を担う補助集光色素である。クロロフィルaおよびタンパク質と共に光捕集アンテナ超分子複合体を形成し、吸収した光エネルギーを超効率的に（>85%）クロロフィルへ伝達する。この超効率的な機能にはフコキサンチンが持つICT準位の関与が提唱されている。海洋光合成の超効率的なエネルギー伝達機構の解明を目的として、本研究では、フコキサンチン類縁体の効率的な合成を可能にする新奇な合成ブロックを開発し、パラセントロンおよびその誘導体の合成を達成した。次いで、超高速時間分解吸収スペクトル解析により、パラセントロンがICT準位を持つことを明らかにできた。

研究成果

• [雑誌論文] Strategies to enhance the excitation energy-transfer efficiency in the light-harvesting system using the intra-molecular charge transfer character of carotenoids (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Yukihira, Y. Sugai, M. Fujiwara, D. Kosumi, M. Iha, K. Sakaguchi, S. Katsumura, A.T. Gardiner, R.J. Cogdell, H. Hashimoto
  • 雑誌名: Faraday Discuss. 巻: 未確定 ページ: 59-71
  • DOI: 10.1039/c6fd00211k
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Excited state properties of beta-carotene analogs incorporating a lactone ring (2017)
  • 著者名/発表者名: D. Kosumi, T. Kajikawa, K. Sakaguchi, S. Katsumura, H. Hashimoto
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 19 号: 4 ページ: 3000-3009
  • DOI: 10.1039/c6cp06828f
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Stereocontrolled Synthesis of Paracentrone (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Nishioka, Y. Yano, N. Kinashi, N. Oku, Y. Toriyama, S. Katsumura, T. Shinada, K. Sakaguchi
  • 雑誌名: Synlett 巻: 28 号: 03 ページ: 327-332
  • DOI: 10.1055/s-0036-1588906
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spectroscopic investigation of the carotenoid deoxyperidinin: direct observation of the forbidden S0 → S1 transition (2016)
  • 著者名/発表者名: Greco, J. A., LaFountain, A. M., Kinashi, N., Shinada, T., Sakaguchi, K., Katsumura, S., S., Magdaong, S., Niedzwiedzki, D.M.R., Birge, R.H., Frank, A.
  • 雑誌名: The Journal of Physiological Chemistry B 巻: 120 号: 10 ページ: 2731-2734
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.6b00439
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Preparation of E-α-stannyl-β-trimethylsilylethynylacrylate, building block for polyconjugated ylidenebutenolide and its derivatives, by novel E-selective ethynylstannylation of propiolate (2016)
  • 著者名/発表者名: Kinashi, N., Sakaguchi, K., Katsumura, S., Shinada, T.
  • 雑誌名: Tetrahedron Letters 巻: 57 号: 1 ページ: 129-132
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2015.11.079
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Straightforward synthesis of fucoxanthin short-chain derivatives via modified-Julia olefination (2014)
  • 著者名/発表者名: Okumura, S.; Kajikawa, T.; Yano, K.; Sakaguchi, K.; Kosumi, D.; Hashimoto, H.; Katsumura, S.
  • 雑誌名: Tetrahedron Lett. 巻: 55 ページ: 407-410
  • 査読あり
• [雑誌論文] Excited state properties of a short π-electron conjugated peridinin analogue (2014)
  • 著者名/発表者名: Magdaong, N. M.; Niedzwiedzki, D. M.; Greco, J. A.; Liu, H.; Yano, K.; Kajikawa, T.; Sakaguchi, K.; Katsumura, S.; Birge, R. R.; Frank, H. A.
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett. 巻: 593 ページ: 132-139
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elucidation and Control of an Intramolecular Charge Transfer Property of Fucoxanthin by a Modification of Its Polyene Chain Length (2014)
  • 著者名/発表者名: Kosumi, D.; Kajikawa T.; Okumura, S.; Sugisaki, M.; Sakaguchi, K.; Katsumura, S.; Hashimoto, H.
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. Lett. 巻: 5 ページ: 792-797
  • 査読あり
• [雑誌論文] Roles of allene-group in an intramolecular charge transfer character of a short fucoxanthin homologue as revealed by femtosecond pump-probe spectroscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: Kosumi, D.; Kajikawa, T.; Yano, K.; Okumura, S.; Sugisaki, M.; Sakaguchi, K.; Katsumura, S.; Hashimoto, H.
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett. 巻: 602 ページ: 75-79
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrafast excited state dynamics of marine carotenoid fucoxanthin and its homologues (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Hashimoto, D. Kosumi, R. Fujii, M. Sugisaki, M. Iha, K. Sakaguchi, and S. Katsumura
  • 雑誌名: Carotenoid Science 巻: 118 ページ: 4-4
• [学会発表] Total Synthesis of Paracentrone Using Bifunctional C5 Diene Units (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Nishioka, Y. Yano, N. Kinashi, N. Oku, Y. Toriyama, S. Katsumura, T. Shinada, K. Sakaguchi
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学日吉キャンパス（神奈川、横浜市）
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] Investigation of the fucoxanthin reconstituted light-harvesting 1 complex from a purple photosynthetic bacterium rubrum G9+ (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Yukihira, Y. Sugai, M. Fujiwara, D. Kosumi, M. Iha, K. Sakaguchi, S. Katsumura, A. T. Gardiner, R. J. Cogdell and H. Hashimoto
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学日吉キャンパス（神奈川、横浜市）
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] Reconstitution of the Light-harvesting 1 Complex from a Purple Photosynthetic Bacterium Rhodospirillum rubrum G9+ with Fucoxanthin (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Yukihira, Y. Sugai, M. Fujiwara, D. Kosumi, M. Iha, K. Sakaguchi, S. Katsumura, A. T. Gardiner, R. J. Cogdell and H. Hashimoto
  • 学会等名: 2017 International Conference on Artificial Photosynthesis (ICARP 2017)
  • 発表場所: Ritsumeikann University (Kyoto, Kyoto City)
  • 年月日: 2017-03-02
  • 国際学会
• [学会発表] Energy-transfer efficiency of fucoxanthin reconstituted into the light-harvesting 1 complex from a purple photosynthetic bacterium Rhodospirillum rubrum G9+ (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Yukihira, Y. Sugai, M. Fujiwara, C. Uragami, D. Kosumi, K. Sakaguchi, S. Katsumura, A. T. Gardiner, R. J. Cogdell, and H. Hashimoto
  • 学会等名: The 23rd International SPACC (The Society of Pure and Applied Coordination Chemistry) Symposium; Functional complexes and their new applications
  • 発表場所: Okayama University of Science (Okayama, Okayama City)
  • 年月日: 2016-11-21
  • 国際学会
• [学会発表] Total Synthesis of Paracentrone (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Nishioka, Y. Yano, N. Kinashi, N. Oku, Y. Toriyama, S. Katsumura, T. Shinada, K. Sakaguchi
  • 学会等名: The 10th International Symposium on Integrated Synthesis (ISONIS-10)
  • 発表場所: Awaji Yumebutai International Conference Center (Hyogo, Awaji City)
  • 年月日: 2016-11-18
  • 国際学会
• [学会発表] Total Synthesis of Paracentrone (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Nishioka, Y. Yano, N. Kinashi, N. Oku, Y. Toriyama, S. Katsumura, T. Shinada, K. Sakaguchi
  • 学会等名: International Symposium on Natural Products for the Future 2016 Tokushima
  • 発表場所: Tokushima Bunri University (Tokushima, Tokushima City)
  • 年月日: 2016-09-01
  • 国際学会
• [学会発表] モデルカロテノイドにおける分子内電荷移動状態の解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小澄大輔、梶川敬之、坂口和彦、勝村成雄、橋本秀樹
  • 学会等名: 光合成セミナー2016：反応中心と色素系の多様性
  • 発表場所: 龍谷大学深草キャンパス（京都、京都市）
  • 年月日: 2016-07-09
• [学会発表] カルボニル基を導入したβ-carotene類縁体の光学応答 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小澄大輔、梶川敬之、坂口和彦、勝村成雄、橋本秀樹
  • 学会等名: 第30回カロテノイド研究談話会
  • 発表場所: ホテルムーンビーチ（沖縄、恩納村）
  • 年月日: 2016-06-25
• [学会発表] 紅色光合成細菌 Rs. rubrum G9+ のLH1 サブユニット型複合体とフコキサンチンを用いた LH1 複合体の再構成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 行平奈央、須貝祐子、藤原正澄、浦上千藍紗、小澄大輔、伊波匡彦、坂口和彦、勝村成雄、橋本秀樹
  • 学会等名: 第30回カロテノイド研究談話会
  • 発表場所: ホテルムーンビーチ（沖縄、恩納村）
  • 年月日: 2016-06-25
• [学会発表] Total Synthesis of Paracentrone (2016)
  • 著者名/発表者名: 西岡勇人、矢野陽、木梨尚人、奥菜津未、鳥山陽平、勝村成雄、品田哲郎、坂口和彦
  • 学会等名: 日本化学会第96春季年会
  • 発表場所: 同志社大学（京都府・京田辺市）
  • 年月日: 2016-03-24
• [学会発表] 海洋性カロテノイドであるフコキサンチン類縁体（パラセントロン）のフェムト秒時間分解吸収分光 (2016)
  • 著者名/発表者名: 橋本秀樹、行平奈央、藤原正澄、西岡勇人、品田哲郎、坂口和彦、勝村成雄
  • 学会等名: 日本化学会第96春季年会
  • 発表場所: 同志社大学（京都府・京田辺市）
  • 年月日: 2016-03-24
• [学会発表] 紅色光合成細菌 Rs. rubrum の LH1 サブユニット型複合体とフコキサンチンを用いた再構成LH1 複合体のフェムト秒時間分解吸収分光 (2016)
  • 著者名/発表者名: 橋本秀樹、行平奈央、須貝祐子、藤原正澄、浦上千藍紗、伊波匡彦、坂口和彦、勝村成雄
  • 学会等名: 日本化学会第96春季年会
  • 発表場所: 同志社大学（京都府・京田辺市）
  • 年月日: 2016-03-24
• [学会発表] Total Synthesis of Paracentrone (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Nishioka, Y. Yano, N. Kinashi, N. Oku, Y. Toriyama, S. Katsumura, T. Shinada, K. Sakaguchi
  • 学会等名: The 2016 OCARINA Annual International Meeting
  • 発表場所: Osaka City University, Media Center, Osaka (Osaka city)
  • 年月日: 2016-03-17
  • 国際学会
• [学会発表] Paracentroneの全合成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 西岡勇人、矢野陽、木梨尚人、奥菜津未、鳥山陽平、勝村成雄、品田哲郎、坂口和彦
  • 学会等名: 第36回有機合成若手セミナー
  • 発表場所: 京都薬科大学（京都、京都市）
• [学会発表] Polyfunctional carotenoid synthesis via one-pot strategy: Toward elucidation of highly efficient energy transfer by marine photosynthetic organisms (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Sakaguchi, T. Kajikawa, S. Hananoki, N. Kinashi, D. Kosumi, H. Hashimoto, H. A. Frank, T. Shinada, S. Katsumura
  • 学会等名: 2015 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (PACIFICHEM 2015)
  • 発表場所: Hawaii Convention Center, Honolulu, Hawaii, USA
  • 年月日: 2015-12-12
  • 国際学会
• [学会発表] Total Synthesis of Paracentrone (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Oku, Y. Nishioka, Y. Yano, N. Kinashi, S. Katsumura, T. Shinada, and K. Sakaguchi
  • 学会等名: The 19th Osaka City University International Workshop on Advanced Molecular Materials Science
  • 発表場所: Osaka City University, Media Center, Osaka (Osaka city)
  • 年月日: 2015-11-12
  • 国際学会
• [学会発表] Development of E-β-Ethynyl-α-stannylacrylate Toward Efficient Synthesis of Polyfunctional Carotenoids (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Sakaguchi, N. Kinashi, H. A. Frank, S. Katsumura, T. Shinada
  • 学会等名: the Twelfth International Kyoto Conference on New Aspects of Organic Chemistry (IKCOC-13)
  • 発表場所: Rihga Royal Hotel Kyoto, Kyoto (Kyoto city)
  • 年月日: 2015-11-09
  • 国際学会
• [学会発表] 共役ケトンを有するアポカロテノイドの全合成研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 西岡勇人、矢野陽、木梨尚人、奥菜津未、鳥山陽平、勝村成雄、品田哲郎、坂口和彦
  • 学会等名: 第59回香料・テルペンおよび精油化学に関する討論会
  • 発表場所: 近畿大学（大阪府・東大阪市）
  • 年月日: 2015-09-05
• [学会発表] デオキシペリジニンの合成研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 坂口和彦、木梨尚人、西岡勇人、奥菜津未、鳥山陽平、H. A. Frank、勝村成雄、品田哲郎
  • 学会等名: 第59回香料・テルペンおよび精油化学に関する討論会
  • 発表場所: 近畿大学（大阪府・東大阪市）
  • 年月日: 2015-09-05
• [学会発表] 海洋光合成エネルギー伝達機構の解明に向けた新規多官能性カロテノイドの設計と合成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 坂口和彦、木梨尚人、西岡勇人、奥菜津未、鳥山陽平、H. A. Frank、勝村成雄、品田哲郎
  • 学会等名: 第29回カロテノイド研究談話会
  • 発表場所: 首都大学東京（東京都。八王子市）
  • 年月日: 2015-09-04
• [学会発表] Development of Novel E-β-Ethynylvinylstannane for Cross Coupling Reaction and Efficient Synthesis of Peridinin Derivatives (2015)
  • 著者名/発表者名: 木梨尚人・坂口和彦・品田哲郎・勝村成雄
  • 学会等名: 日本化学会第95春季年会
  • 発表場所: 日本大学・船橋キャンパス（千葉）
  • 年月日: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [学会発表] Direct Preparation of E-beta-Ethynyl-alpha-stannylacrylate as Effective Building Block for Peridinin Synthesis by Novel E-Selective Ethynylstannylation of Propiolate (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Kinashi, K. Sakaguchi, T. Shinada and S. Katsumura
  • 学会等名: The 18th Osaka City University International Conference
  • 発表場所: Osaka City University, Media Center（大阪）
  • 年月日: 2015-03-09
• [学会発表] Synthetic Study of Paracentrone using Cross Coupling Method (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Nishioka, N. Kinashi, K. Sakaguchi, T. Shinada and S. Katsumura
  • 学会等名: The 18th Osaka City University International Conference
  • 発表場所: Osaka City University, Media Center（大阪）
  • 年月日: 2015-03-09
• [学会発表] Direct Preparation of E-beta-Ethynyl-alpha-stannylacrylate as Effective Building Block for Peridinin Synthesis by Novel E-Selective Ethynylstannylation of Propiolate (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Kinashi, K. Sakaguchi, T. Shinada and S. Katsumura
  • 学会等名: The 2014 OCARINA Annual International Meeting
  • 発表場所: Osaka City University, Media Center（大阪）
  • 年月日: 2015-03-04 – 2015-03-05
• [学会発表] クロスカップリングに有用な新規アルキニルスズの開発とペリジニン類の効率的合成研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 木梨尚人・坂口和彦・小澄大輔・橋本秀樹・品田哲郎・勝村成雄
  • 学会等名: 第58回香料・テルペンおよび精油化学に関する討論会
  • 発表場所: 和歌山大学（和歌山）
  • 年月日: 2014-09-20 – 2014-09-22
• [学会発表] イリデンブテノリドを骨格に含むカロテノイド類の合成と励起エネルギー準位特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 坂口和彦・梶川敬之・矢野恒記・長谷川愼二・花ノ木祥平・小澄大輔・橋本秀樹・H. A. Frank・木梨尚人・品田哲郎・勝村成雄
  • 学会等名: 第28回カロテノイド研究談話会
  • 発表場所: 石川県文教会館（石川）
  • 年月日: 2014-09-04 – 2014-09-05
• [学会発表] 新規アンチ挿入型エチニルスタニル化反応の開発とペリジニン骨格ワンポット合成への展開 (2014)
  • 著者名/発表者名: 木梨尚人・坂口和彦・品田哲郎・勝村成雄
  • 学会等名: 第34回有機合成若手セミナー
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス（大阪）
  • 年月日: 2014-08-05
• [学会発表] Elucidation and Control of Ultrafast Intramolecular Charge Transfer Dynamics of Marine Photosynthetic Pigments (2014)
  • 著者名/発表者名: D. Kosumi, T. Kajikawa, K. Yano, S. Okumura, M. Sugisaki, K. Sakaguchi, S. Katsumura, H. Hashimoto
  • 学会等名: 19th International Conference on Ultrafast Phenomena
  • 発表場所: Okinawa Convention Center, Naha（沖縄）
  • 年月日: 2014-07-07 – 2014-07-11
• [学会発表] Ultrafast excited state dynamics of marine carotenoid fucoxanthin and its homologues (2014)
  • 著者名/発表者名: Hideki Hashimoto, Daisuke Kosumi, Ritsuko Fujii, Mitsuru Sugisaki, Masahiko Iha, Kazuhiko Sakaguchi, and Shigeo Katsumura
  • 学会等名: 17th International Symposium on Carotenoids
  • 発表場所: Park City, Utah（USA）
  • 年月日: 2014-06-29 – 2014-07-04