色素含有タンパク質の高次集積化による高効率な光の捕集・集約・利用

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H06045
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 大洞 光司 大阪大学, 工学研究科, 助教 (10631202)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: ヘムタンパク質 / 超分子集合体 / エネルギー移動

研究実績の概要

本研究では、高効率光エネルギー変換系を指向し、ヘムタンパク質環状多量体を鋳型とする光捕集系の高次集積 化とその利用を目的としている。 具体的には色素間での高効率なエネルギー移動を示す人工光捕集系を、化学的な手法で集積化し、さらにエネルギー利用中心を設けることで、光子密度の低い太陽光を「捕集」「集約」「利用 」する人工光合成系の構築を試みる。これは天然の光合成系の良いモデルでもあり、化学的あるいは電気的な光 エネルギーの抽出を試み、持続可能社会に向けた高効率光エネルギー利用をめざす。本年度は特に「集約」と「利用」に注目して研究を実施した。エネルギー密度の低い太陽光の利用を指向し、励起エネルギーを効率良く多電子酸化還元反応に用いるためには 、励起エネルギーの反応中心への「集約」が必要となる。この集約のための鋳型となるタンパク質マトリクスの巨大集合体として、昨年度調製したヘムタンパク質6量体HTHPのミセル状集合体を用いた。この系では、実測した大きさから約600個ほどの色素が集約可能であり、光増感色素として亜鉛ポルフィリンおよび亜鉛クロリンを含む光捕集系をそれぞれ調製した。電子アクセターであるメチルビオロゲンを用いた蛍光消光実験および時間分解偏光蛍光解消実験より、天然光捕集系でも見られる高速のエネルギーマイグレーションが本系でも起こっていることが示唆され、光捕集系として機能することが明らかになった。対照実験から、亜鉛クロリンを用いた系では効率的に起こり、平均して10の色素から1つの色素にエネルギーが集約していることが明らかになった。次に触媒活性中心を用いた「利用」を試みた。予備的ではあるが、NiやCo錯体を用いて酸化還元反応が進行する結果を得た。得られた成果は、国内外の学会および学術誌において発表した。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30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] Universitat de Strasbourg(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: Universitat de Strasbourg
• [国際共同研究] Friedrich-Alexander-Universitat(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Friedrich-Alexander-Universitat
• [雑誌論文] Supramolecular dimerization of a hexameric hemoprotein via multiple pyrene-pyrene interactions (2020)
  • 著者名/発表者名: Oohora Koji、Hirayama Shota、Mashima Tsuyoshi、Hayashi Takashi
  • 雑誌名: Journal of Porphyrins and Phthalocyanines 巻: 24 ページ: 259～267
  • DOI: 10.1142/S1088424619500949
  • 査読あり
• [雑誌論文] Construction of a Hexameric Hemoprotein Sheet and Direct Observation of Dynamic Processes of Its Formation (2020)
  • 著者名/発表者名: Oohora Koji、Hirayama Shota、Uchihashi Takayuki、Hayashi Takashi
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 49 ページ: 186～190
  • DOI: 10.1246/cl.190855
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermoresponsive Micellar Assembly Constructed from a Hexameric Hemoprotein Modified with Poly(N-isopropylacrylamide) toward an Artificial Light-Harvesting System (2020)
  • 著者名/発表者名: Hirayama Shota、Oohora Koji、Uchihashi Takayuki、Hayashi Takashi
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 142 ページ: 1822～1831
  • DOI: 10.1021/jacs.9b10080
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Electrochemical CO2 reduction by a cobalt bipyricorrole complex: decrease of an overpotential value derived from monoanionic ligand character of the porphyrinoid species (2019)
  • 著者名/発表者名: Ogawa Ayumu、Oohora Koji、Gu Wenting、Hayashi Takashi
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 55 ページ: 493～496
  • DOI: 10.1039/C8CC08876D
  • 査読あり
• [雑誌論文] A ring-shaped hemoprotein trimer thermodynamically controlled by the supramolecular heme?heme pocket interaction (2019)
  • 著者名/発表者名: Oohora Koji、Kajihara Ryota、Fujimaki Nishiki、Uchihashi Takayuki、Hayashi Takashi
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 55 ページ: 1544～1547
  • DOI: 10.1039/C8CC09314H
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoinduced electron transfer within supramolecular hemoprotein co-assemblies and heterodimers containing Fe and Zn porphyrins (2019)
  • 著者名/発表者名: Kajihara Ryota、Oohora Koji、Hayashi Takashi
  • 雑誌名: Journal of Inorganic Biochemistry 巻: 193 ページ: 42～51
  • DOI: 10.1016/j.jinorgbio.2019.01.001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Arginine Residues Provide a Multivalent Effect for Cellular Uptake of a Hemoprotein Assembly (2019)
  • 著者名/発表者名: Oohora Koji、Kajihara Ryota、Jiromaru Misa、Kitagishi Hiroaki、Hayashi Takashi
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 48 ページ: 295～298
  • DOI: 10.1246/cl.180897
  • 査読あり
• [雑誌論文] Myoglobin Reconstituted with Ni Tetradehydrocorrin as a Methane‐Generating Model of Methyl‐coenzyme M Reductase (2019)
  • 著者名/発表者名: Oohora Koji、Miyazaki Yuta、Hayashi Takashi
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 58 ページ: 13813～13817
  • DOI: 10.1002/anie.201907584
  • 査読あり
• [雑誌論文] Light triggers molecular shuttling in rotaxanes: control over proximity and charge recombination (2019)
  • 著者名/発表者名: Wolf Maximilian、Ogawa Ayumu、Bechtold Mareike、Vonesch Maxime、Wytko Jennifer A.、Oohora Koji、Campidelli St?phane、Hayashi Takashi、Guldi Dirk M.、Weiss Jean
  • 雑誌名: Chemical Science 巻: 10 ページ: 3846～3853
  • DOI: 10.1039/C8SC05328F
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Methane generation via intraprotein C?S bond cleavage in cytochrome b562 reconstituted with nickel didehydrocorrin (2019)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki Yuta、Oohora Koji、Hayashi Takashi
  • 雑誌名: Journal of Organometallic Chemistry 巻: 901 ページ: 120945～120945
  • DOI: 10.1016/j.jorganchem.2019.120945
  • 査読あり
• [雑誌論文] Supramolecular Hemoprotein Assembly with a Periodic Structure Showing Heme?Heme Exciton Coupling (2018)
  • 著者名/発表者名: Oohora Koji、Fujimaki Nishiki、Kajihara Ryota、Watanabe Hiroki、Uchihashi Takayuki、Hayashi Takashi
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 140 ページ: 10145～10148
  • DOI: 10.1021/jacs.8b06690
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and Characterization of meso-Substituted Cobalt Tetradehydrocorrin and Evaluation of Its Electrocatalytic Behavior Toward CO2 Reduction and H2 Evolution (2018)
  • 著者名/発表者名: Ogawa Ayumu、Oohora Koji、Hayashi Takashi
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 57 ページ: 14644～14652
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.8b02333
  • 査読あり
• [学会発表] Hemoproteins reconstituted with metal corrinoids as functional models of natural enzymes related to bioorganometallic species (2019)
  • 著者名/発表者名: Koji Oohora
  • 学会等名: 9th International Symposium on Bioorganometallic Chemistry
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] “Artificial Hemoprotein Assemblies in Development of Nanobiomaterials” In Bioinspired Chemistry From Enzymes to Synthetic Models (2019)
  • 著者名/発表者名: Koji Oohora, Takashi Hayashi
  • 総ページ数: 18
  • 出版者: World Scientific
• [備考] 大阪大学大学院工学研究科応用化学専攻林研究室
  • URL: http://www.chem.eng.osaka-u.ac.jp/~hayashiken/index.html