光合成反応の機構解明とその応用エネルギー産生生体膜の機能構造の解明と応用

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07455437
• 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: 小林 正幸 東北大学, 工学部, 助手 (70271864) ; 王 征宇 東北大学, 工学部, 助教授 (10213612)
• キーワード: 光合成膜 / 反応中心錯体 / 膜内アンテナ / クロロゾームアンテナ / 固体高分解能NMR / X線分光法 / ATP合成反応 / ^<31>P NMR

研究概要

我々は機能性生体膜として光合成膜を取り上げ、その機能構造の解明と応用を目指して研究した。光合成膜においては光を吸収し励起エネルギーに変換するアンテナ錯体、励起エネルギーを利用しそれを電気化学エネルギーに変換する反応中心錯体が光合成の初期過程で作用している。生体膜のエネルギー変換のかなめの分子はクロロフィルである。光はクロロフィルに吸収され励起エネルギーの形でアンテナ間を伝わり反応中心のクロロフィルへと伝達されそこで電子移動を誘起する。アンテナ錯体には主としてクロロフィルのみからなるクロロゾームアンテナとタンパク質とクロロフィルが錯体を作った膜内アンテナが存在する。クロロゾームアンテナについて固体高分解能NMRを活用し、特にRotational Resonance法を用い、かなめの炭素間の原子間距離を求め、この値からクロロゾーム内のクロロフィルの配位構造、水素結合構造、環電流シフト効果を求め、我々が先に提出したモデルを直接的に検討した。また、X線分光法、中性子分光法により生体膜内での規則構造に関する情報を得た。さらに、機能としての励起エネルギー伝達機能と構造の関連を明らかにした。膜内アンテナについてはChromatium tepidumアンテナB800-850の励起エネルギー伝達機能を解析し興味ある知見を得た。精製反応中心の光による酸化還元挙動を光学セル内で電極反応を行い光を照射しながら分光法で追跡できるようにして、反応中心錯体内での電子移動を測定した。さらに、光によるATP合成を目的として、光化学反応系II型の反応中心を含む紅色光合成細菌から光合成膜を単離精製し、これを用いてATP合成反応を^<31>P NMR法を用いて検討し、それが充分ATP合成能をもち、特に好熱性菌Chromatium tepidumの光合成膜は活性も高く耐熱性にも優れていることを見出した。

研究成果

• [文献書誌] Zheng-Yu Wang et al.: "Size distribution and photophosphorylation of chromatophores from Rhodospirillum rubrum" Photosynthesis Research. (印刷中). (1997)
• [文献書誌] Insan Fathir et al.: "The genes coding for the L, M and cytochrome subunits of the photosynthetic reaction center from the thermophilic purple sulfur bacterium Chromatium tepidum" Photosynthesis Research. 51. 71-82 (1997)
• [文献書誌] Anabella Ivancich et al.: "Hydrogen-bond interactions of the primary donor of the photosynthetic purple sulfur bacterium Chromatium tepidum" Biochemistry. 35. 10529-10538 (1996)
• [文献書誌] Mamoru Mimuro et al.: "Excitation energy transfer in the green photosynthetic bacterium Chloroflexus aurantiacus : A specifuc effect of 1-hexanol on the optical properties of baseplate and energy transfer processes" Photosynthesis Research. 48. 263-270 (1996)
• [文献書誌] John T. M. Kennis et al.: "Energy transfer and excition coupling in isolated B800-850 complexes of the photosynthetic purple sulfur bacterium Chromatium tepidum. The effect of structural symmetry on bacteriochlorophyll excited states" J. Phys. Chem.100. 2438-2442 (1996)
• [文献書誌] Masayuki Kobayashi et al.: "Molecular structures and optical properties of aggregated forms of chlorophylls analyzed by means of magnetic circular dichroism" Spectrochimica Acte Part A. 51. 585-598 (1996)
• [文献書誌] Zheng-Yu-Wang et al.: "Morphology and spectroscopy of chlorosomes from Chlorobium tepidum by alcohol treatments" Biochim. Biophys. Acta. 1232. 187-196 (1995)
• [文献書誌] 野澤庸則(分担執筆): "新タンパク質応用工学(第5章第2節,第11章第11節)" フジ・テクノシステム(監修籏野昌弘), 19 (1996)