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プロトン駆動力による光化学系II電子伝達反応における制御機構の解明

公募研究

研究領域新光合成:光エネルギー変換システムの再最適化
研究課題/領域番号 17H05721
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 生物系
研究機関名古屋大学

研究代表者

加藤 祐樹  名古屋大学, 理学研究科, 講師 (10376634)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2018年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2017年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
キーワード光化学系II / プロトン共役電子移動 / 赤外分光法 / 分光電気化学法 / 酸化還元電位 / 光合成 / プロトン駆動力 / 電子伝達
研究実績の概要

本研究課題は、光合成において光エネルギー変換を担う光化学系IIの電子伝達反応につき、プロトン駆動力による制御機構の解明を目的とするものである。光化学系IIでは、プロトン濃度が低下すると第二キノンQBの酸化還元電位Emが低下することが考えられる。その結果、第一キノンQAとの電子授受平衡がQA側にシフトして反応が抑制され、電荷再結合が起こりやすくなることが想定される。本研究はこのことを検証すべく、2年目にあたる平成30年度には、QBおよびQAのEmのpH依存性とその要因究明に向けた研究を展開した。これまで、QAの酸化還元電位の計測では、Em(QA-/QA)の値は通常-100 mV程度とされてきているが、その手法としてQAの酸化還元状態を間接的に調べる蛍光法が用いられており、QAの酸化還元状態のみを必ずしも反映しているとはいえず、QAのEmが正確に得られていない可能性がある。そこで、直接的にキノンの酸化還元状態が観測可能であるFTIR分光法によってEm(QA-/QA)を計測する手法を確立した。本手法により、Em(QA-/QA)は-138 mVと決定され、また従来の結果とは異なり、FTIR法ではMn除去をしてもEm(QA-/QA)はほとんど変化しないことが示された。この結果から、従来の蛍光法によるEm(QA-/QA)計測は、未処理のPSIIに対しては問題がないと考えられるが、Mn除去したPSIIに対して行うと、EmEm(QA-/QA)がシフトしたような結果を導いてしまう問題があることが明らかとなった。さらに、この手法を用いてpH依存性の実態を引き続き追及している。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2019 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (10件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Fourier Transform Infrared Analysis of the S-State Cycle of Water Oxidation in the Microcrystals of Photosystem II2018

    • 著者名/発表者名
      Kato Yuki、Akita Fusamichi、Nakajima Yoshiki、Suga Michihiro、Umena Yasufumi、Shen Jian-Ren、Noguchi Takumi
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      巻: 9 号: 9 ページ: 2121-2126

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.8b00638

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 光化学系IIにおける電子伝達制御機構の解明:分光電気化学法による機能分子の分子の酸化還元電位計測2017

    • 著者名/発表者名
      加藤祐樹
    • 雑誌名

      化学と工業

      巻: 70 ページ: 935-936

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Redox potentials of ubiquinone, menaquinone, phylloquinone, and plastoquinone in aqueous solution2017

    • 著者名/発表者名
      S. Kishi, K. Saito, Y. Kato, and H. Ishikita
    • 雑誌名

      Photosynth. Res.

      巻: 134 ページ: 193-200

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] FTIR分光電気化学法による光化学系II第一キノン電子受容体QAの酸化還元特性の解明2019

    • 著者名/発表者名
      加藤 祐樹, 大平 彩花,長尾 遼, 野口 巧
    • 学会等名
      平成30年度生物物理学会中部支部講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 光合成光化学系IIにおける第一キノン電子受容体QAの酸化還元特性2019

    • 著者名/発表者名
      加藤 祐樹, 大平 彩花, 長尾 遼, 野口 巧
    • 学会等名
      電気化学会第86回大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 光化学系IIにおける非ヘム鉄の酸化還元電位のpH依存性:FTIR分光電気化学法を用いた解析2018

    • 著者名/発表者名
      渡邊 大貴, 野口 巧, 加藤 祐樹
    • 学会等名
      第9回日本光合成学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] FTIR分光法で明らかになった光化学系II第一キノン電子受容体QAの酸化還元特性2018

    • 著者名/発表者名
      加藤 祐樹, 大平 彩花, 長尾 遼, 野口 巧
    • 学会等名
      第45回生体分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] FTIR-spectroelectrochemical study on the pH dependence of the redox potential of the non-heme iron in photosystem II2018

    • 著者名/発表者名
      渡邊 大貴, 野口 巧, 加藤 祐樹
    • 学会等名
      第56回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] FTIR分光法による光化学系IIにおける第一キノン電子受容体QAの酸化還元特性の解明2018

    • 著者名/発表者名
      加藤祐樹、大平彩花、 長尾遼、 野口巧
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] FTIR分光電気化学法による光化学系II第一キノンQAの酸化還元電位計測:Mn除去の効果2017

    • 著者名/発表者名
      大平彩花、長尾遼、野口巧、加藤祐樹
    • 学会等名
      日本光合成学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 光化学系IIにおいてMn除去してもQAの酸化還元電位は変動しない2017

    • 著者名/発表者名
      大平彩花、長尾遼、野口巧、加藤祐樹
    • 学会等名
      第25回光合成セミナー2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Influence of Mn depletion on the redox potential of the primary quinone QA in photosystem II as revealed by FTIR spectroelectrochemistry2017

    • 著者名/発表者名
      Ayaka Ohira, Ryo Nagao, Takumi Noguchi, Yuki Kato,
    • 学会等名
      日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] FTIR study on the redox property of the primary quinone QA in photosystem II2017

    • 著者名/発表者名
      Yuki Kato, Ayaka Ohira, Ryo Nagao, and Takumi Noguchi
    • 学会等名
      8th International Conference “Photosynthesis and Hydrogen Energy Research for Sustainability -2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] 名古屋大学大学院理学研究科 光生体エネルギー研究室ホームページ

    • URL

      https://www.bio.phys.nagoya-u.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書

URL: 

公開日: 2017-04-28   更新日: 2019-12-27  

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