生体分子配列系における量子化連鎖反応の生物化学的研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11223206
• 研究機関: 山口大学
• 研究代表者: 三室 守 山口大学, 理学部, 教授 (40142004)
• 研究分担者: 村上 明男 神戸大学, 内海域機能教育研究センター, 助教授 (50304134)
• キーワード: 光合成 / 連鎖反応 / 量子論 / 反応中心 / フェムト秒分光 / カロテノイド

研究概要

現存の光合成生物で唯一、中心金属として亜鉛(Zn)を持つバクテリオクロロフィルを反応に使う好酸性光合成細菌Achidiphilium rubrumの光化学反応中心(Reaction Center,RC)の電子供与体の分光学的な性質、特に磁気円偏光二色性(Magnetic Circular Dichroism,MCD)を測定することにより、その電子状態、さらには構造に関して以下の結果を得た。既に我々は、MCD強度を吸収強度で割った値(B/D,BはMCD強度、Dは双極子モーメントの強度)が色素の会合状態と深く関連し、2量体のそれは単量体のそれの1/2の値を示すことを他の紅色光合成細菌のRCで実証してきた。今回、この指標を使ってA.rubrumの電子供与体の会合状態を調べた結果、他の光合成細菌と同じく2量体構造を取ることを明らかにした。MCD強度のQx帯の酸化還元反応量とQy帯のそれとの比較から、カチオンは2量体に均等に分布するのではなく、一方の色素に局在化することが示唆された。吸収スペクトルから求めたExciton splittingの大きさは他の光合成細菌と比較すると小さく、2分子の間の相互作用が小さいことが明らかとなった。これらを総合的に考えると、A.rubrumの電子供与体がFace-to-faceの2量体構造ではなく、少し傾いた構造を取ることが示唆された。
光合成色素カロテノイドの励起緩和過程の解析をフェムト秒蛍光Up-conversion法によって解析を行った。第2励起1重項状態の高い振動準位に励起した後の緩和では、分子内振動エネルギーの再配置が起こった後に内部転換が始まること、内部転換は基本的にはエネルギー差則で記述できることを明らかにした。また、励起緩和過程は共役2重結合の長さに依存するが単調な変化をするのではなく、特異点を持つような変化を示し、多くのパラメータで解析をすることの重要性を示した。

研究成果

• [文献書誌] Papageorgiou,G.C. et al.: "Membrane Lipid unsaturation modulates light-induced and osmotically-induced shift in chlorophyll a fluorescence of Synechocystis sp. PCC6803"Photosynthe.Research. 59. 125-136 (1999)
• [文献書誌] Mimuro,M. et al.: "Fluorescence properties of Chlorophyll d-dominating prokaryotic alga, Acaryochloris marina : Studies by means of the time-resolved spectroscopy"Biochimica et Biophysica Acta. 1412. 37-46 (1999)
• [文献書誌] Akimoto,S. et al.: "Excitation relaxation of carotenoids within the S2 state probed by the femtosecond fluorescence up-conversion method"Chemical Physics Letters. 313. 63-68 (1999)
• [文献書誌] Ishii,T. et al.: "The effects of pH and ionic strength on the aggregation of bacteriochlorophyll c in aqueous organic media : possibility of two kinds of aggregation forms"Photochemistry and Photobiology. 70. 760-765 (1999)
• [文献書誌] Iida,K. et al.: "Characterization of the light-harvesting polypeptide/bacteriochlorophyll a complex isloated from photosynthetic bacteria by linear dichroism spectra"Bull.Chem.Soc.Japan. 73. 221-229 (2000)
• [文献書誌] Mimuro,M. et al.: "Up-hill energy transfer in a chlorophyll d-dominating oxygenic photosynthetic prokaryote, Acaryochloris marina"Biochimica et Biophysica Acta. 1456. 27-34 (2000)
• [文献書誌] Mimuro,M. et al.: "Magnetic circular dichroism (MCD) properties of reaction center complexes isolated from the Zn-Bacteriochlorophyll a containing purple bacterium, Acidiphilium rubrum"Biochemistry. (in press).
• [文献書誌] Akimoto,S. et al.: "Excitation relaxation dynamics of linear carotenoids"J.Luminescence. (in press).
• [文献書誌] 山崎巌 他: "光受容蛋白質における超高速光化学反応のレーザー分光による計測"レーザー生物・医学応用. RTM-99-31. 29-34 (1999)
• [文献書誌] Mimuro,M. et al.: "Concepts in Photobiology : Photosynthesis and Photomorphogenesis"Kluwer Academic Pub.. (1999)
• [文献書誌] 三室守: "藻類の多様性と系統"裳華房. (1999)
• [文献書誌] 三室守: "光がもたらす生命と地球の共進化:エネルギーと食糧と地球環境に対するグローバルな視点"中部経済新聞社. (1999)
• [文献書誌] 三室守: "電子と生命-新しいバイオエナジェッティックスの展開"共立出版 (印刷中).