紅色細菌の光捕集色素タンパク質・極性カロテノイド複合体の光機能の解明と制御

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H04181
• 研究機関: 関西学院大学
• 研究代表者: 橋本 秀樹 関西学院大学, 理工学部, 教授 (50222211)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 光合成 / アンテナ色素タンパク質複合体 / カロテノイド / 超高速レーザー分光 / コビーレンと分光

研究実績の概要

光合成器官は，自然が創造した最も光エネルギー伝達・変換効率の良いバイオナノデバイズである。特に，褐藻類は，単一分子内に電荷供給体と受容体を合わせ持つ極性カロテノイドを光受容体として，その光励起状態で発現する分子内電荷移動（ICT）励起状態を活用し，クロロフィルへの高効率（90％以上）なエネルギー伝達を実現している。本研究は，紅色光合成細菌由来の光捕集タンパク質を基盤とした革新的プラットホームを開発し，これを用いて，カロテノイド－クロロフィル間の励起エネルギー移動の実時間計測・コヒーレント分光計測を行うことにより，高効率人工光合成光捕集アンテナ系を創製するための鍵を握る，ICT励起状態の発現機構及び電子・振動構造を解明することを目的としている。今年度は，新規カロテノイド試料の探索のために，β-アポ-8’-カロテナールのモノシスおよびダイシス異性体のフェムト秒時間分解吸収分光測定を行い，グローバル及びターゲット解析を用いて励起状態ダイナミクスについて詳細に議論した。また，カロテノイド欠損紅色光合成細菌 Rhodospirillum rubrum G9+株から調製したLH1複合体に紅色光合成細菌の生合成では産出し得ない，高等植物由来のカロテノイドであるβ-アポ-8’-カロテナールを再構築することに世界で初めて成功した。蛍光励起スペクトル測定により，β-アポ-8’-カロテナールからB880バクテリオクロロフィルへの高効率な一重項励起エネルギー移動を確認した。さらに，フェムト秒時間分解吸収分光測定の結果から，β-アポ-8’-カロテナールのICT励起状態から高効率でB880バクテリオクロロフィルへの励起エネルギー移動が起こっていることを確認した。この結果は，本研究課題の当初計画を十分に満足する成果である。

現在までの達成度 (段落)

令和2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2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] University of Glasgow(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Glasgow
• [国際共同研究] Institute of Microbiology(チェコ)
  • 国名: チェコ
  • 外国機関名: Institute of Microbiology
• [国際共同研究] 吉林大学 物理学院(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 吉林大学 物理学院
• [雑誌論文] “Where there is a will, there is a way” (2021)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto Hideki、Kudo Akihiko、Tamiaki Hitoshi
  • 雑誌名: Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 巻: 406 ページ: 112988～112988
  • DOI: 10.1016/j.jphotochem.2020.112988
  • 査読あり
• [雑誌論文] A quantum thermometric sensing and analysis system using fluorescent nanodiamonds for the evaluation of living stem cell functions according to intracellular temperature (2020)
  • 著者名/発表者名: Yukawa Hiroshi、Fujiwara Masazumi、Kobayashi Kaori、Kumon Yuka、Miyaji Kazu、Nishimura Yushi、Oshimi Keisuke、Umehara Yumi、Teki Yoshio、Iwasaki Takayuki、Hatano Mutsuko、Hashimoto Hideki、Baba Yoshinobu
  • 雑誌名: Nanoscale Advances 巻: 2 ページ: 1859～1868
  • DOI: 10.1039/d0na00146e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoprotective mechanisms in the core LH1 antenna pigment-protein complex from the purple photosynthetic bacterium, Rhodospirillum rubrum (2020)
  • 著者名/発表者名: Uragami Chiasa、Sato Hiroki、Yukihira Nao、Fujiwara Masazumi、Kosumi Daisuke、Gardiner Alastair T.、Cogdell Richard J.、Hashimoto Hideki
  • 雑誌名: Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 巻: 400 ページ: 112628～112628
  • DOI: 10.1016/j.jphotochem.2020.112628
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Synthetic Chlorophyll Dimer Appending Fullerene: Effect of Chlorophyll Pairing on (Photo)redox Properties (2020)
  • 著者名/発表者名: Shinozaki Yoshinao、Uragami Chiasa、Hashimoto Hideki、Tamiaki Hitoshi
  • 雑誌名: Chemistry ー European Journal 巻: 26 ページ: 8897～8906
  • DOI: 10.1002/chem.202000614
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of highly active hydrogen evolution reaction (HER) catalysts composed of reduced graphene oxide and amorphous molybdenum sulfides derived from (NH4)2MoOmS4-m (m = 0, 1, and 2) (2020)
  • 著者名/発表者名: Sera Yoshihiko、Seto Shota、Isobe Kiyoshi、Hashimoto Hideki
  • 雑誌名: Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 巻: 401 ページ: 112793～112793
  • DOI: 10.1016/j.jphotochem.2020.112793
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of Allene-Containing Apocarotenoids by Cross-Coupling Strategy (2020)
  • 著者名/発表者名: Sakaguchi Kazuhiko、Nishioka Yuto、Kinashi Naoto、Yukihira Nao、Shinada Tetsuro、Nishimura Takahiro、Hashimoto Hideki、Katsumura Shigeo
  • 雑誌名: Synthesis 巻: 52 ページ: 3007～3017
  • DOI: 10.1055/s-0040-1707906
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of palladium ions on light-harvesting complex 2 lacking B800 bacteriochlorophyll a (2020)
  • 著者名/発表者名: Saga Yoshitaka、Miyagi Kanji、Sato Hiroki、Uragami Chiasa、Hashimoto Hideki
  • 雑誌名: Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 巻: 398 ページ: 112593～112593
  • DOI: 10.1016/j.jphotochem.2020.112593
  • 査読あり
• [雑誌論文] Operando time-resolved diffuse reflection spectroscopy: The origins of photocatalytic water-oxidation activity of bismuth vanadate (2020)
  • 著者名/発表者名: Miyasato Ryo、Fujiwara Masazumi、Uragami Chiasa、Sato Haruyuki、Yano Toshihiro、Hashimoto Hideki
  • 雑誌名: Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 巻: 395 ページ: 112493～112493
  • DOI: 10.1016/j.jphotochem.2020.112493
  • 査読あり
• [雑誌論文] Energy transfer and primary charge separation upon selective femtosecond excitation at 810 nm in the reaction center complex from Heliobacterium modesticaldum (2020)
  • 著者名/発表者名: Kojima Risa、Yamamoto Hayata、Azai Chihiro、Uragami Chiasa、Hashimoto Hideki、Kosumi Daisuke、Oh-oka Hirozo
  • 雑誌名: Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 巻: 401 ページ: 112758～112758
  • DOI: 10.1016/j.jphotochem.2020.112758
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reconstitution of carotenoids into the reaction center from the purple photosynthetic bacterium Rhodobacter sphaeroides using the chromatophores of the carotenoidless strain R26.1 (2020)
  • 著者名/発表者名: Mitarai Mayu、Yoshida Marina、Yukihira Nao、Uragami Chiasa、Horiuchi Kota、Hashimoto Hiroki、Gardiner Alastair T.、Cogdell Richard J.、Hashimoto Hideki
  • 雑誌名: Carotenoid Science 巻: 24 ページ: 36-40
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 紅色光合成細菌 Rsp. rubrum のLH1 複合体へのβ-apo-8’-carotenalの再構成 (2021)
  • 著者名/発表者名: 行平奈央，浦上千藍紗、藤原正澄、Gardiner Alastair T.、Cogdell Richard J.、橋本秀樹
  • 学会等名: 日本化学会第101春季年会
• [備考] 橋本研究室｜関西学院大学生命環境学部 環境応用化学科
  • URL: http://www.kg-applchem.jp/hashimoto/
• [備考] 関西学院大学 教授 橋本秀樹 研究紹介
  • URL: https://www.youtube.com/watch?v=rGjByEmZZfA
• [備考] 橋本秀樹 | 知のスペシャリスト | 大学と企業を結ぶ、社会を繋ぐ
  • URL: http://chi-sp.jp/008
• [備考] 研究者詳細 - 橋本 秀樹 - 関西学院大学
  • URL: http://researchers.kwansei.ac.jp/view?l=ja&u=200000169
• [備考] 橋本 秀樹 (Hideki Hashimoto) - マイポータル - researchmap
  • URL: https://researchmap.jp/read0212509