光合成機能に電気化学反応を組合せたNADHの再生と二酸化炭素の固定反応

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06226211
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 野澤 庸則 東北大学, 工学部, 教授 (10006322)
• 研究分担者: 四釜 裕子 東北大学, 工学部, 助手 (80250710) ; 王 征宇 東北大学, 工学部, 講師 (10213612)
• キーワード: CO_2固定 / ^<31>PNMR / 固体高分解能^<13>CNMR / 色素タンパク質 / 光リン酸化 / 反応中心 / 結晶化 / 光補集系

研究概要

光エネルギーによりCO_2を固定し、有機化合物を作り出す生物による光合成能を理解し、その機構を電気化学と組合せ有機化学的に応用するために我々は(1)効率よく光エネルギーを捕獲する仕様(2)光合成反応中心膜タンパク質の精製と結晶化(3)光合成膜顆粒および再構成膜顆粒による光ATP生成(4)光合成膜顆粒および再構成膜顆粒による光ATPおよびNADH生成(5)光合成膜顆粒とCO_2固定酵素による光CO_2固定(6)電気化学的光CO_2固定を検討している。本年度の研究経過ならびに成果は1.Chloroflexus aurantiacus光補集系の構造と機能 効率よく光CO_2固定を行う際に重要となる光補集系アンテナの光エネルギー補集反応を時間分解ケイ光分光法を用いて検討した。2.光合成反応中心の結晶化 結晶化に成功した耐熱性反応中心膜タンパク質のX線回折像を3Åの分解能で得ることに成功した。3.光合成細菌膜顆粒によるNAD^+再還元能、ATP合成能とCO_2固定能の検討 本年度は光合成細菌からの光合成膜顆粒の調整法と活性の相関を検討すべく特に膜顆粒のサイズに注目して調整する際の菌体のソニックの条件との関係を調べた。この粒径と活性の関係を現在検討中である。また、紅色光合成細菌Rh.ruburumから、高活性なATPaseを高純度で精製するための条件を確立した。4.光合成細菌酵素によるCO_2固定能 耐熱性光合成細菌Chr.tepidumから初めてCO_2固定酵素であるリブロース二リン酸炭酸化酵素(RubisCo)の単離に成功し、前年度開発した^<13>CNMRを用いてこのCO_2固定能を評価した。5.光誘起電子移動を行ない酸化した反応中心に電極から電子移動を起こし、これを還元することが出来た。この際の酸化還元電位が反応中心のシトクロームの存在の有無で異なることを見い出した。

研究成果

• [文献書誌] M.Mimuro,T.Nozawa,N.Tamai,Y.Nishimura,and I.Yamazaki: "Presence and Significance of Minor Antenna Componts in the Energy Transfer Sequence of the Green Photosynthetic Bacterium Chloroflexus aurantiacus" FEBS Letters. 340. 167-172 (1994)
• [文献書誌] T.Nozawa,K.Ohtomo,M.Suzuki,H.Nakagawa,Y.Shikama,H.Konami,and Z-Y.Wang: "Structures of Chlorosomes and Aggregated BChl c in Chlorobium tepidum from Solid State High Resolution CP/MAS^<13>CNMR" Photosynthesis Research. 41. 211-223 (1994)
• [文献書誌] N.Katayama,M.Kobayashi,F.Motojima,K.Inaka,T.Nozawa,and K.Miki: "Preliminary X-ray Crystallographic Studies of Photosynthetic Reaction Center from a Thermophilic Sulfur Bacterium,Chromatium tepidum" FEBS Letters. 348. 158-160 (1994)
• [文献書誌] T.Nozawa,T.Katano,M.Kusoh,M.Kobayashi,Y.Shikama,and M.T.Madigan: "Reaction Centers from a New Halophilic Purple Nonsulfur Photosynthetic Bacterium Rhodospirillum sodomense" Chem.Lett.193-196 (1994)
• [文献書誌] T.Nozawa,M.Kobayashi,Z-Y.Wang,S.Itoh,M.Iwaki,M.Mimuro,and K.Satoh: "Magnetic Circular Dichroism Investigation on Chromophores in Reaction Centers of Photosystem I and II of Green Plant Photosynthesis" Spectrochimica Acta. 51A. 125-134 (1995)