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遺伝子生物工学に基づくホタル生物発光の設計制御と定量計測

研究課題

研究課題/領域番号 26610081
研究種目

挑戦的萌芽研究

配分区分基金
研究分野 物性Ⅰ
研究機関東京大学

研究代表者

秋山 英文  東京大学, 物性研究所, 准教授 (40251491)

研究分担者 樋山 みやび  東京大学, 物性研究所, 研究員 (90399311)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2015年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2014年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワード生物発光 / 酵素 / ルシフェラーゼ / ルシフェリン / 分光
研究成果の概要

タンパク質酵素ルシフェラーゼ内の発光分子オキシルシフェリン近傍のアミノ酸残基を置換し、オキシルシフェリン近傍の電荷・極性・親/疎水性を変えた複数の試料について、生物発光の効率及びスペクトルの温度依存性・溶媒依存性などを定量的に測定した。実験系を青色領域にまで拡張し、遺伝子工学的手法を用いて生合成されたオワンクラゲの発光系であるイクオリンについて、量子収率を測定した。理論的に、時間依存密度汎関数計算、第一原理計算、タンパク質酵素の分子動力学計算など複数の理論的アプローチを進めた。

報告書

(3件)
  • 2015 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2014 実施状況報告書
  • 研究成果

    (44件)

すべて 2016 2015 2014

すべて 雑誌論文 (14件) (うち査読あり 12件、 謝辞記載あり 5件) 学会発表 (30件) (うち招待講演 7件)

  • [雑誌論文] Calibration standards and measurement accuracy of absolute electroluminescence and internal properties in multi-junction and arrayed solar cells2016

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Yoshita, Lin Zhu, Changsu Kim, Toshimitsu Mochizuki, Tetsuya Nakamura, Mitsuru Imaizumi, Shaoqiang Chen, Hidehiro Kubota, Yoshihiko Kanemitsu, and Hidefumi Akiyama
    • 雑誌名

      in Proc. of SPIE Photonics West

      巻: 9743 ページ: 97430D-97430D

    • DOI

      10.1117/12.2211726

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] Absolute Electroluminescence Imaging of Multi-Junction Solar Cells and Calibration Standards2015

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Yoshita, Lin Zhu, Changsu Kim, Hidefumi Akiyama, Shaoqiang Chen, Toshimitsu Mochizuki, Hidehiro Kubota, Tetsuya Nakamura, Mitsuru Imaizumi, Yoshihiko Kanemitsu
    • 雑誌名

      The 42nd IEEE Photovoltaic Specialists Conference Proceedings

      巻: 7356199 ページ: 1-4

    • DOI

      10.1109/pvsc.2015.7356199

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] Effect of very High magnetic field on the optical properties of firefly light emitter oxyluciferin2015

    • 著者名/発表者名
      Weihang Zhou, Daisuke Nakamura, Yu Wang, Toshimitsu Mochizuki, Hidefumi Akiyama, Shojiro Takeyama
    • 雑誌名

      Journal of Luminescence

      巻: 165 ページ: 15-18

    • DOI

      10.1016/j.jlumin.2015.04.009

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] On the importance of cavity-length and heat dissipation in GaN-based vertical-cavity surface-emitting lasers2015

    • 著者名/発表者名
      W. J. Liu, X. L. Hu, L. Y. Ying, S. Q. Chen, J. Y. Zhang, H. Akiyama, Z. P. Cai, B. P. Zhang
    • 雑誌名

      Scientific Reports 5

      巻: 5 号: 1 ページ: 9600-9600

    • DOI

      10.1038/srep09600

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Vibronic structures in absorption and fluorescence spectra of firefly oxyluciferin in aqueous solutions2015

    • 著者名/発表者名
      Miyabi Hiyama, Yoshifumi Noguchi, Hidefumi Akiyama, Kenta Yamada, Nobuaki Koga
    • 雑誌名

      Photochemistry and Photobiology

      巻: 91 号: 4 ページ: 819-827

    • DOI

      10.1111/php.12463

    • 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] First-Principles Investigation of Strong Excitonic Effects in Oxygen 1s X-Ray Absorption Spectra2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Noguchi, M. Hiyama, H. Akiyama, Y. Harada, and N. Koga
    • 雑誌名

      J. Chem. Theor. Compt.

      巻: 11 号: 4 ページ: 1668-1673

    • DOI

      10.1021/acs.jctc.5b00082

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Analysis of Oxyluciferin Photoluminescence Pathways in Aqueous Solutions2015

    • 著者名/発表者名
      Miyabi Hiyama, Toshimitsu Mochizuki, Hidefumi Akiyama, Nobuaki Koga
    • 雑誌名

      Photochemistry and Photobiology

      巻: 91 号: 1 ページ: 74-83

    • DOI

      10.1111/php.12370

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] ホタル生物発光と物理2014

    • 著者名/発表者名
      秋山英文,望月敏光,樋山みやび
    • 雑誌名

      日本物理学会誌

      巻: 69 ページ: 218-218

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] First-Principles Investigation on Rydberg and Resonance Excitations: A Case Study of the Firefly Luciferin Anion2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Noguchi, M. Hiyama, H. Akiyama, and N. Koga
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys.

      巻: 141 号: 4 ページ: 044309-044309

    • DOI

      10.1063/1.4890730

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] How can quantitative bioluminescence and in-situ fluorescence of firefly oxyluciferin in luciferase be compared with theoretical calculations2014

    • 著者名/発表者名
      Hidefumi Akiyama, Yu Wang, Miyabi Hiyama, Toshimitsu Mochizuki, Kanako Terakado, Toru Nakatsu
    • 雑誌名

      Luminescence

      巻: 29 ページ: 7-8

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] First-Principles Investigation on Optical Properties of Firefly Luciferin Anion2014

    • 著者名/発表者名
      Yoshifumi Noguchi, Miyabi Hiyama, Hidefumi Akiyama, Nobuaki Koga
    • 雑誌名

      Luminescence

      巻: 29 ページ: 86-87

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theoretical study of pH dependence on photoluminescence of firefly luciferin2014

    • 著者名/発表者名
      Miyabi Hiyama, Kenta Yamada, Toshimitsu Mochizuki, Hidefumi Akiyama, Nobuaki Koga
    • 雑誌名

      Luminescence

      巻: 29 ページ: 70-70

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Temperature-Sensitive Quantum Yields and Quantitative Spectra of Firefly Bioluminescence2014

    • 著者名/発表者名
      Toshimitsu Mochizuki, Yu Wang, Miyabi Hiyama, Hidefumi Akiyama
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 104 号: 21 ページ: 213704-213704

    • DOI

      10.1063/1.4880578

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysis of Photoexcitation Energy Dependence in the Photo Luminescence of Firefly Luciferin2014

    • 著者名/発表者名
      Miyabi Hiyama, Hidefumi Akiyama, Toshimitsu Mochizuki, Kenta Yamada, and Nobuaki Koga
    • 雑誌名

      Photochem. Photobiol

      巻: 90 号: 4 ページ: 820-828

    • DOI

      10.1111/php.12243

    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Stability of keto-, enol-, enolate-type oxyluciferin anions in aqueous solutions2016

    • 著者名/発表者名
      Yoshifumi Noguchi, Miyabi Hiyama, Motoyuki Shiga, Osamu Sugino, Hidefumi Akiyama
    • 学会等名
      19th International Symposium on Bioluminescence and Chemiluminescence 2016
    • 発表場所
      Tsukuba, Japan
    • 年月日
      2016-05-29
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Effects of vibronic transitions and water solvation on absorption and fluorescence spectra of firefly oxyluciferin2016

    • 著者名/発表者名
      Miyabi Hiyama, Yoshifumi Noguchi, Kenta Yamada, Hidefumi Akiyama, Nobuaki Koga
    • 学会等名
      19th International Symposium on Bioluminescence and Chemiluminescence 2016
    • 発表場所
      Tsukuba, Japan
    • 年月日
      2016-05-29
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 太陽電池の絶対エレクトロルミネッセンス画像計測法と応用2016

    • 著者名/発表者名
      秋山 英文
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東工大大岡山キャンパス(東京都目黒区大岡山)
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 多接合太陽電池エレクトロルミネッセンス定量計測の測定精度評価2016

    • 著者名/発表者名
      吉田 正裕、朱 琳、金 昌秀、久保田 英博、中村 徹哉、今泉 充、金光 義彦、秋山 英文
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東工大大岡山キャンパス(東京都目黒区大岡山)
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Calibration standards and measurement accuracy of absolute electroluminescence and internal properties in multi-junction and arrayed solar cells2016

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Yoshita, Lin Zhu, Changsu Kim, Toshimitsu Mochizuki, Tetsuya Nakamura, Mitsuru Imaizumi, Shaoqiang Chen, Hidehiro Kubota, Yoshihiko Kanemitsu, and Hidefumi Akiyama
    • 学会等名
      SPIE Photonics West San Francisco
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 年月日
      2016-02-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] "ll-electron first-principles X-ray adsorption spectra calculations for acetone and acetic acid2015

    • 著者名/発表者名
      Yoshifumi Noguchi, Miyabi Hiyama, Hidefumi Akiyama, Yoshihisa Harada, Nobuaki Koga
    • 学会等名
      THE INTERNATIONAL CHEMICAL CONGRESS OF PACIFIC BASIN SOCIETIES
    • 発表場所
      Honolulu, Hawaii, USA
    • 年月日
      2015-12-17
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Theoretical study for photoluminescence of firefly-bioluminescence-related molecules2015

    • 著者名/発表者名
      Miyabi Hiyama, Yoshifumi Noguchi, Toshimitsu Mochizuki, Kenta Yamada, Hidefumi Akiyama, Nobuaki Koga
    • 学会等名
      THE INTERNATIONAL CHEMICAL CONGRESS OF PACIFIC BASIN SOCIETIES
    • 発表場所
      Honolulu, Hawaii, USA,
    • 年月日
      2015-12-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Theoretical study for photoluminescence of firefly-bioluminescence-related molecules2015

    • 著者名/発表者名
      Miyabi Hiyama, Yoshifumi Noguchi, Toshimitsu Michizuki, Kenta Yamada, Hidefumi Akiyama, Nobuaki Koga
    • 学会等名
      THE INTERNATIONAL CHEMICAL CONGRESS OF PACIFIC BASIN SOCIETIES
    • 発表場所
      Honolulu, Hawaii, USA
    • 年月日
      2015-12-16
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ホタル生物発光の量子化学計算と反応機構2015

    • 著者名/発表者名
      樋山みやび
    • 学会等名
      量子化学探索研究所講演会
    • 発表場所
      東京大学 本郷キャンパス (東京都文京区本郷)
    • 年月日
      2015-11-29
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 物発光における量子化学計算2015

    • 著者名/発表者名
      樋山みやび
    • 学会等名
      第3回津田沼RBKフォーラム
    • 発表場所
      千葉工業大学 (千葉県習志野市津田沼)
    • 年月日
      2015-11-28
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 量子化学計算によるホタル生物発光関連分子の理論的研究2015

    • 著者名/発表者名
      樋山みやび
    • 学会等名
      談話会
    • 発表場所
      日本大学理工学部 (東京都千代田区 神田駿河台)
    • 年月日
      2015-11-05
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 生物発光における分子科学2015

    • 著者名/発表者名
      樋山みやび
    • 学会等名
      原子衝突学会第40回年会
    • 発表場所
      首都大学東京南大沢キャンパス国際交流会館( 東京都八王子市 南大沢)
    • 年月日
      2015-09-28
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] イクオリン生物発光の量子収率測定2015

    • 著者名/発表者名
      挾間優治, 東暉舜, 倉田麻貴, 樋山みやび, 吉田正裕, 久保田英博, 井上敏, 秋山英文
    • 学会等名
      日本物理学会2015年秋季大会
    • 発表場所
      関西大学 千里山キャンパス(大阪府吹田市山手町)
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 生物発光の光制御に向けたケージド・ルシフェリンの分光評価2015

    • 著者名/発表者名
      倉田麻貴, 樋山みやび, 挟間優治, 東暉舜, 吉田正裕, 望月敏光, 秋山英文
    • 学会等名
      第9回分子科学討論会
    • 発表場所
      東京工業大学(東京都目黒区大岡山)
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 水溶液中オキシルシフェリンの吸収・蛍光スペクトルにおける振電構造の解析2015

    • 著者名/発表者名
      樋山みやび, 野口良史, 秋山英文, 山田健太, 古賀伸明
    • 学会等名
      第9回分子科学討論会
    • 発表場所
      東京工業大学(東京都目黒区大岡山)
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Analysis of Photoluminescence Pathways of Firefly Oxyluciferin in Aqueous Solution"2015

    • 著者名/発表者名
      Miyabi Hiyama, Toshimitsu Mochizuki, Hidefumi Akiyama, Nobuaki Koga
    • 学会等名
      日本生物物理学会第53回年会
    • 発表場所
      金沢大学 角間キャンパス(石川県金沢市角間町)
    • 年月日
      2015-09-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] オキシルシフェリン光ルミネッセンスにおける発光反応経路と振動構造2015

    • 著者名/発表者名
      樋山みやび、野口良史、望月敏光、秋山英文、古賀伸明
    • 学会等名
      物性研究所短期研究会 機能物性融合科学研究会シリーズ(3)
    • 発表場所
      東京大学物性研究所(千葉県柏市柏の葉)
    • 年月日
      2015-06-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] ルミノール化学発光の量子収率測定と触媒依存性2015

    • 著者名/発表者名
      村岡洋祐,望月敏光,樋山みやび,吉田正裕,秋山英文
    • 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(東京都新宿区)
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] ホタル生物発光関連分子における分光的性質についての理論研究2014

    • 著者名/発表者名
      樋山みやび、野口良史、望月敏光、山田健太、秋山英文、古賀伸明
    • 学会等名
      短期研究会 機能物性融合科学研究会シリーズ(1)「光機能」
    • 発表場所
      東京大学物性研究所(千葉県柏市)
    • 年月日
      2014-12-04 – 2014-12-05
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] ケージド・ルシフェリンの吸収・生物発光と溶媒依存性2014

    • 著者名/発表者名
      倉田麻貴、望月敏光、樋山みやび、秋山英文
    • 学会等名
      短期研究会 機能物性融合科学研究会シリーズ(1)「光機能」
    • 発表場所
      東京大学物性研究所(千葉県柏市)
    • 年月日
      2014-12-04 – 2014-12-05
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] 生物発光と原子分子2014

    • 著者名/発表者名
      樋山みやび
    • 学会等名
      京都大学量子理工学教育研究センター 第15回公開シンポジウム
    • 発表場所
      京都大学(京都府京都市)
    • 年月日
      2014-10-24
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Theoretical Analysis of Absorption Spectra of Oxyluciferin in Aqueous Solutions2014

    • 著者名/発表者名
      Miyabi Hiyama, Hidefumi Akiyama, Nobuaki Koga
    • 学会等名
      日本生物物理学会第52回年会
    • 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 – 2014-09-27
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] ホタル生物発光関連分子の光ルミネッセンスの理論的研究2014

    • 著者名/発表者名
      樋山みやび, 秋山英文, 古賀伸明
    • 学会等名
      第8回分子科学討論会
    • 発表場所
      広島大学(広島県東広島市)
    • 年月日
      2014-09-21 – 2014-09-24
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] How can quantitative bioluminescence and in-situ fluorescence of firefly oxyluciferin in luciferase be compared with theoretical calculations ?2014

    • 著者名/発表者名
      Hidefumi Akiyama, Yu Wang, Miyabi Hiyama, Toshimitsu Mochizuki, Kanako Terakado, Toru Nakatsu
    • 学会等名
      18th International Symposium on Bioluminescence and Chemiluminescence
    • 発表場所
      Uppsala Universitet, Uppsala, Sweden
    • 年月日
      2014-06-23 – 2014-06-28
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] First-Principles Investigation on Optical Properties of Firefly Luciferin Anion2014

    • 著者名/発表者名
      Yoshifumi Noguchi, Miyabi Hiyama, Hidefumi Akiyama, Nobuaki Koga
    • 学会等名
      18th International Symposium on Bioluminescence and Chemiluminescence
    • 発表場所
      Uppsala Universitet, Uppsala, Sweden
    • 年月日
      2014-06-23 – 2014-06-28
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] Theoretical study of pH dependence on photoluminescence of firefly luciferin2014

    • 著者名/発表者名
      Miyabi Hiyama, Kenta Yamada, Toshimitsu Mochizuki, Hidefumi Akiyama, Nobuaki Koga
    • 学会等名
      18th International Symposium on Bioluminescence and Chemiluminescence
    • 発表場所
      Uppsala Universitet, Uppsala, Sweden
    • 年月日
      2014-06-23 – 2014-06-28
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] All-electron first-principles calculations for XAS of acetone and acetic acid2014

    • 著者名/発表者名
      Yoshifumi Noguchi, Miyabi Hiyama, Hidefumi Akiyama, Yoshihisa Harada, Nobuaki Koga
    • 学会等名
      30th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
    • 発表場所
      兵庫大学(兵庫県加古川市)
    • 年月日
      2014-06-04 – 2014-06-06
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] Theoretical study for excited states of firefly-bioluminescence-related molecules2014

    • 著者名/発表者名
      Miyabi Hiyama, Hidefumi Akiyama, Nobuaki Koga
    • 学会等名
      30th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
    • 発表場所
      兵庫大学(兵庫県加古川市)
    • 年月日
      2014-06-04 – 2014-06-06
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] アセトンと酢酸のX 線吸収スペクトルの第一原理計算2014

    • 著者名/発表者名
      野口 良史、樋山 みやび、秋山 英文、原田 慈久、古賀 伸明
    • 学会等名
      第17回理論化学討論会
    • 発表場所
      名古屋大学(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2014-05-22 – 2014-05-24
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書
  • [学会発表] 励起状態のpKaを利用した酸性条件下でのホタルルシフェリン蛍光スペクトルの解析2014

    • 著者名/発表者名
      樋山みやび, 秋山英文, 古賀伸明
    • 学会等名
      第17回理論化学討論会
    • 発表場所
      名古屋大学(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2014-05-22 – 2014-05-24
    • 関連する報告書
      2014 実施状況報告書

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公開日: 2014-04-04   更新日: 2020-05-15  

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