カロテノイド励起状態中の振動緩和と光合成系におけるエネルギー伝達の研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14340089
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 吉澤 雅幸 東北大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (60183993)
• 研究分担者: 橋本 秀樹 大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 教授 (50222211)
• キーワード: カロテノイド / β-カロテン / リコペン / フェムト秒分光 / 光反応中心複合体 / 超高速緩和過程 / 振動励起状態 / 分子構造

研究概要

吉澤(代表者)は、フェムト秒分光装置の改良を行い、代表的カロテノイドであるβ-カロテンとリコペンの緩和過程を詳細に調べた。現有のフェムト秒分光装置に和周波発生および光カー効果を用いた発光分光装置を自作して組み合わせ、吸収・ラマン・発光の時間分解分光を同一条件下で行うことに初めて成功した。発光と吸収の比較からは、100〜200フェムト秒の寿命を持つ電子状態が光学的に許容な1B_u^+励起状態と考えられることが示された。さらに、波長可変光パルスを用いて異なる振動準位を励起することで、緩和過程における振動の役割を調べた。その結果、2A_g^-状態まで内部転換による緩和が起きた後でも、振動エネルギーが数ピコ秒以上にわたり残っていることが示された。振動はカロテノイドの緩和過程に大きな影響を与えており、振動励起状態からの内部転換が遅くなることがわかった。ラマン分光からも2A_g^-状態の振動状態が励起光波長により異なることが示された。これらの成果の投稿を準備中である。
橋本(分担者)は、カロテノイド欠損光合成細菌より調製した光反応中心複合体(RC)に有機合成により調製した種々のアナログカロテノイドを再構築した人工のRCを創成し,これらの単結晶成長,X線構造解析を達成した.原子スケールで解明した詳細な分子構造をもとに,カロテノイド色素と周囲蛋白および他色素との相互作用について考察した.特にカロテノイドが結合サイトに侵入するには一定の方向性が存在することを明らかにした.この成果を学術雑誌Structureに投稿し採択された.

研究成果

• [文献書誌] M.Yoshizawa, H.Aoki, M.Ue, H.Hashimoto: "Ultrafast Relaxation Kinetics of Excited States in a Series of Mini- and Macro-β-Carotenes"Phys.Rev.B. 67(17). 174302(1)-174302(8) (2003)
• [文献書誌] M.Yoshizawa, H.Aoki, M.Ue, H.Hashimoto: "Ultrafast Relaxation Kinetics in Mini-and Macro-Carotenes Investigated by Femtosecond Absorption and Raman Spectroscopy"Carotenoid Science. 6. 24-25 (2003)
• [文献書誌] K.Yanagi, T.Kobayashi, H.Hashimoto: "Origin of transition dipole-moment polarizability and hyperpolarizability in hydrazones"Phys.Rev.B. 67(11). 115122(1)-115122(8) (2003)
• [文献書誌] A.Sugita, K.Yanagi, K.Kuroyanagi, H.Takahahsi, S.Aoshima, Y.Tsuchiya, S.Tasaka, H.Hashimoto: "Photo-excited state of N-benzyl MNA studied by femtosecond time-resolved absorption spectroscopy"Chem.Phys.Lett.. 382. 693-698 (2003)
• [文献書誌] M.Yoshizawa, H.Hashimoto: "Ultrafast dynamics in a series of carotenoids investigated by time-resolved stimulated Raman"SPIE Proceedings of International Symposium on Optical Science and Technology. 5212. 13-22 (2003)
• [文献書誌] A.W.Roszak, K.McKendrick, A.T.Gardiner, I.A.Mitchell, N.W.Isaacs, R.J.Cogdell, H.Hashimoto, H.A.Frank: "Protein regulation of carotenoid Binding : gatekeeper and locking amino acid residues in reaction centers of Rhodobacter sphaeroides"Structure. (印刷中). (2004)