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新規クロロフィルを用いた生体人工光合成

公募研究

研究領域光合成分子機構の学理解明と時空間制御による革新的光ー物質変換系の創製
研究課題/領域番号 20H05114
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 複合領域
研究機関東京理科大学

研究代表者

鞆 達也  東京理科大学, 教養教育研究院神楽坂キャンパス教養部, 教授 (60300886)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
2021年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2020年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
キーワード光合成 / クロロフィル / 低エネルギー / 光化学系 / エネルギー移動 / エネルギー創成 / 人工光合成 / 光合成色素
研究開始時の研究の概要

最近、Chl fを結合した光化学系Iの立体構造を高分解能で明らかにし、Chl fをタンパク質内に巧に配置することにより、効率的なエネルギー移動機構を実現していることを明らかにした。これは、可視光より低いエネルギーも集光性として機能しうることを意味しており、光合成光エネルギー変換において利用できる光が拡がることを意味している。この構造解析を同様に光化学系IIでも行う。光化学系IIは水を分解する高い酸化力をもつことから、この構造解析による光エネルギー変換機構の解明は本学術領域の目的とも合致している。また、新規炭素材料と光化学系とを組合わせた光エネルギー変換素子の基盤技術の創生行う。

研究実績の概要

クロロフィルは光合成光エネルギー変換の鍵となる分子である。既知の酸素発生型光合成生物はクロロフィルaを骨格分子として用いていた。我々はクロロフィルaより低エネルギー側に吸収帯をもつクロロフィルを結合した光化学系タンパク質を扱うことにより、既知の光合成が利用してこなかった光を用いてのエネルギー変換の機構解明およびエネルギー創生の課題に取り組んだ。新規クロロフィルであるクロロフィルfを結合した光化学系IIの単離精製を進め、クロロフィルの結合状態について議論することができた。また、同光化学系I標品では通常のシアノバクテリアで得られる3量体に加えて単量体の単離精製に成功した。3量体と単量体では吸収および蛍光スペクトルが明らかに異なっており、この異なったクロロフィル帯が会合状体によって結合しやすい場所としにくい場所があることが明かとなった。種々の生化学的方法の検討や測定方法の検討を行い、このクロロフィルの存在場所を推定できている。この特徴的なクロロフィルの存在場所と機能の理解により、これまで見過ごされてきた低エネルギー光の利用が可能になる。また、これらの複合体をグラフェンシートに結合させ、光励起により水から電子を供給し還元側でプロトンを還元し水素を発生させる系の作成を試みた。水から光化学系IIを経由して光化学系Iの還元側までの直線的な電子伝達系の作成には成功したが、還元側での化学触媒を用いた水素発生は微量で再現性が確認できなかった。光化学系間にバランス良く光を分配するファインチューニングの検討が必要と考えられる。

現在までの達成度 (段落)

令和3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

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 3件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (11件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] A comprehensive review on lignocellulosic biomass biorefinery for sustainable biofuel production2022

    • 著者名/発表者名
      Margarita V. Rodionova, Ayshat M. Bozieva, Sergey K. Zharmukhamedov, Yoong Kit Leong, John Chi-Wei Lan, Ayfer Veziroglu, T. Nejat Veziroglu, Tatsuya Tomo, Jo-Shu Chang, Suleyman I. Allakhverdiev
    • 雑誌名

      INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY

      巻: 47 号: 3 ページ: 1481-1498

    • DOI

      10.1016/j.ijhydene.2021.10.122

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spectral Properties of Chlorophyll <i>f</i> in the B800 Cavity of Light‐harvesting Complex 2 from the Purple Photosynthetic Bacterium <i>Rhodoblastus acidophilus</i>2021

    • 著者名/発表者名
      Saga Yoshitaka、Tanaka Aiko、Yamashita Madoka、Shinoda Toshiyuki、Tomo Tatsuya、Kimura Yukihiro
    • 雑誌名

      Photochemistry and Photobiology

      巻: 98 号: 1 ページ: 169-174

    • DOI

      10.1111/php.13491

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Bioprocesses of hydrogen production by cyanobacteria cells and possible ways to increase their productivity2020

    • 著者名/発表者名
      Asemgul K. Sadvakasova, Bekzhan D. Kossalbayev, Bolatkhan K. Zayadan, Kenzhegul Bolatkhan, Saleh Alwasel, Mohammad Mahdi Najafpour, Tatsuya Tomo, Suleyman I. Allakhverdiev
    • 雑誌名

      RENEWABLE & SUSTAINABLE ENERGY REVIEWS

      巻: 133 ページ: 110064-110064

    • DOI

      10.1016/j.rser.2020.110054

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Photoelectric Conversion System Composed of Gene-Recombined Photosystem I and Platinum Nanoparticle Nanosheet2020

    • 著者名/発表者名
      Zhu Wenchao、Salles Raphal、Miyachi Mariko、Yamanoi Yoshinori、Tomo Tatsuya、Takahashi Hiromi、Nishihara Hiroshi
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 36 号: 23 ページ: 6429-6435

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.0c00647

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A gold nanoparticle conjugate with photosystem I and photosystem II for development of a biohybrid water-splitting photocatalyst2020

    • 著者名/発表者名
      Kawahara Kousuke、Inoue-Kahino Natsuko、Namie Keisuke、Kato Yuki、Tomo Tatsuya、Shibata Yutaka、Kashino Yasuhiro、Noguchi Takumi
    • 雑誌名

      Biomedical Spectroscopy and Imaging

      巻: 9 号: 1-2 ページ: 73-81

    • DOI

      10.3233/bsi-200200

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 2 種類のArcaryochloris marina の光質応答2022

    • 著者名/発表者名
      王 哲,植野 嘉文,横野 牧生,沈 建仁,長尾 遼,豊福 玲於奈,鞆 達也,秋本 誠志
    • 学会等名
      第63回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Synecosystis sp. PCC6803 における分子状水素の機能と役割2022

    • 著者名/発表者名
      浅野 佑太,太田 尚孝,鞆 達也
    • 学会等名
      第63回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 二次元蛍光寿命相関分光による光化学系Iタンパク質の単一分子電子移動速度の測定2021

    • 著者名/発表者名
      谷口凜,篠田稔行,鞆達也,叶深,近藤徹,柴田穣
    • 学会等名
      第15回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Arthrospira platensis のred Chl について2021

    • 著者名/発表者名
      松永 恭子, 本多 未来, 長尾 遼, 沈 建仁, 秋本 誠志, 鞆 達也
    • 学会等名
      日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 光化学系Iの長波長型クロロフィルについて2021

    • 著者名/発表者名
      鞆 達也
    • 学会等名
      光合成分子機構の学理解明と時空間制御による革新的光-物質変換系の創製第3回公開シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] ホスファチジルグリセロール(PG714)と相互作用するD1-R140 およびD2-T231の部位特異的置換が光化学系II 複合体の電子伝達反応に与える影響2021

    • 著者名/発表者名
      篠田 稔行,菅原 佑斗,遠藤 嘉一郎,鞆 達也,沈 建仁,神保 晴彦,和田 元,水澤 直樹
    • 学会等名
      第62回日本植物生理理学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 時間分解蛍光分光法によるアカリオクロリスの光質応答に関する研究2021

    • 著者名/発表者名
      王 哲,植野 嘉文,横野 牧生,豊福 玲於奈,鞆 達也,秋本 誠志
    • 学会等名
      第62回日本植物生理理学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] ホスファチジルグリセロール(PG714)と相互作用するD1-R140 およびD2-T231の部位特異的置換が光合成の光強度依存性に与える影響2021

    • 著者名/発表者名
      菅原 佑斗,篠田 稔行,遠藤 嘉一郎,鞆 達也,沈 建仁,神保 晴彦,和田 元,水澤 直樹
    • 学会等名
      第62回日本植物生理理学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Synecosystis sp. PCC6803 における分子状水素と活性酸素種の関係2021

    • 著者名/発表者名
      浅野 佑太,太田 尚孝,鞆 達也
    • 学会等名
      第62回日本植物生理理学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Structural of photosystem I complex with chlorophyll f2020

    • 著者名/発表者名
      Toshiyuki Shinoda, Koji Kato, Ryo Nagao, Seiji Akimoto, Jian-Ren Shen, Fusamichi Akita, Naoyuki Miyazaki, Tatsuya Tomo
    • 学会等名
      日本生物物理学会第58回年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Connecting the spectral properties to the structure of photosystem I containing Chlorophyll-f2020

    • 著者名/発表者名
      Rin Taniguchi, Yutaka Shibata, Toshiyuki Shinoda, Tatsuya Tomo, Shen Ye
    • 学会等名
      日本生物物理学会第58回年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [図書] Chlorophyll Species and Their Functions in the Photosynthetic Energy Conversion2021

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Tomo, Suleyman I. Allakhverdiev
    • 総ページ数
      29
    • 出版者
      Springer
    • ISBN
      9783030674076
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2022-12-28  

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