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2016 年度 実施状況報告書

近赤外光応答性uphill型光合成反応におけるカルシウムイオンの役割

研究課題

研究課題/領域番号 16K07295
研究機関神戸大学

研究代表者

木村 行宏  神戸大学, 農学研究科, 助教 (20321755)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード光合成細菌 / 光捕集タンパク質 / uphill型エネルギー移動 / カルシウム / 赤外分光法 / ラマン分光法 / 超高速分光法 / 熱量分析
研究実績の概要

好熱性紅色光合成細菌Thermochromatium(Tch.) tepidumは、他の紅色細菌よりも低エネルギーの近赤外光を利用して光合成を行うことが可能である。この異常な特性は、光捕集1(LH1)複合体から光合成反応の心臓部である反応中心(RC)へのエネルギー勾配を遡るuphillエネルギー移動によるものであり、この現象にはCa2+が密接に関与していると考えられる。

本研究ではTch. tepidum由来RCの構造に新規に見出されたCa2+に着目し、野生型、Sr2+置換型、キメラ型LH1-RCの全反射吸収赤外分光(ATR-FTIR)、共鳴ラマン分光、超高速分光、熱量分析により、RCの構造安定化、エネルギー移動、電荷分離反応、キノン分子を含めた電子伝達反応におけるCa2+の役割、並びにTch.tepidum由来LH1-RCにおけるuphillエネルギー移動の分子機構を明らかにすることを目的としている。

今年度は(1) RCタンパク質の構造安定化におけるCa2+の役割検証、(2) Ca2+によるRCスペシャルペアの分光学的特性変化の解析、(3) LH1からRCへのuphillエネルギー移動の直接観測、(4) キノン分子の検出および移動経路のモニタリングを軸に研究を進めている。(1) に関しては、RCの精製収率が低く、収率の向上、ならびに他の手法による詳細な解析を検討している段階である。(2)に関しては概ね目的を達成しており、Ca2+とタンパク質サブユニットの協同的な作用により、反応中心の吸収特性が制御されていることを見出した。(3)については測定条件のスクリーニングを終え、異なる種間でuphill型エネルギー移動に関する興味深い知見が得られている。(4)では、装置の立ち上げ、測定条件の最適化を行い、キノン分子の変化を捉えることに成功した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究では、Tch.tepidumのRCに新規に見出されたCa2+の構造的、機能的役割を物理化学的手法により解析し、このCa2+が密接に関与するuphillエネルギー移動の分子機構ならびに光合成電子伝達反応を担うキノン分子の移動経路を明らかにすることを目的としている。具体的には、(1) RCタンパク質の構造安定化におけるCa2+の役割検証、(2) Ca2+によるRCスペシャルペアの分光学的特性変化の解析、(3) LH1からRCへのuphillエネルギー移動の直接観測、(4) キノン分子の検出および移動経路のモニタリングを軸に研究を進めている。(1) に関しては、RCの精製収率が低く、他の手法による詳細な解析を進めている段階であるが、(2)に関しては概ね目的を達成している。(3)についても測定条件の最適化を終え、異なる種間で興味深い結果が得られている。(4)では、装置の立ち上げ、測定条件の最適化を行い、キノン分子の変化を捉えることができるようになった。
これらの経緯を踏まえ、本研究課題は概ね順調に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

「現在までの進捗状況」で述べたように、本研究は、4つのテーマを軸に展開している。(1) RCタンパク質の構造安定化におけるCa2+の役割検証については、RCの精製条件を最適化し、赤外分光測定や熱量分析を行う予定である。(2) Ca2+によるRCスペシャルペアの分光学的特性変化の解析に関してはほぼ測定が終了したため、(4)の結果と合わせて投稿論文を執筆する予定である。(3) LH1からRCへのuphillエネルギー移動の直接観測については、未だ検証していない条件の測定や、再現性を確認する。(4) キノン分子の検出および移動経路のモニタリングに関しては、同位体置換を組み合わせ、キノン輸送の詳細な解析を行う予定である。

次年度使用額が生じた理由

当初購入予定であった物品が年度末特価で販売されており、差額が生じたが、消耗品類は十分な備蓄があったことから、次年度に有効活用するのが良策と判断した。

次年度使用額の使用計画

必要に応じて、不足が生じた消耗品や試薬類に使用する予定である。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Southern Illinois University(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Southern Illinois University
  • [雑誌論文] Spectroscopic and Thermodynamic Characterization of the Metal-Binding Sites in the LH1-RC Complex from Thermophilic Photosynthetic Bacterium Thermochromatium tepidum2016

    • 著者名/発表者名
      Kimura, Y.*, Yura, Y., Hayashi, Y., Yong Li, Onoda, M., Yu, L.-J., Wang-Otomo, Z.-Y., Ohno, T.
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B

      巻: 120 ページ: 12466-12473

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.6b10068

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Structure Basis for the Unusual Qy Red-shift and Enhanced Thermostability of the LH1 Complex from Thermochromatium tepidum2016

    • 著者名/発表者名
      Yu, L.-J., Kawakami, T., Kimura, Y., and Wang-Otomo, Z.-Y.
    • 雑誌名

      Biochemistry

      巻: 55 ページ: 6495-6504

    • DOI

      10.1021/acs.biochem.6b00742

    • 査読あり
  • [学会発表] FTIR 分光法を用いた好熱性紅色細菌 Thermochromatium tepidumにおける光合成電子伝達反応のモニタリング2017

    • 著者名/発表者名
      今西三千絵,橋本佳奈子,永島賢治,小林正幸,由良優季,大野隆,大友征宇,木村行宏
    • 学会等名
      第58回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      鹿児島大学(鹿児島県・鹿児島市)
    • 年月日
      2017-03-16 – 2017-03-18
  • [学会発表] Spectroscopic and thermodynamic characterization of LH1-RC complexes from Thermophilic purple bacteria2017

    • 著者名/発表者名
      Kimura, Y.
    • 学会等名
      8th OCARINA International Symposium
    • 発表場所
      大阪市立大学(大阪府・大阪市)
    • 年月日
      2017-03-08 – 2017-03-08
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ヘテロ複合体発現系を用いたuphill型光合成反応機構の解析2016

    • 著者名/発表者名
      橋本佳奈子、秋本誠志、永島賢治、大友征宇、木村行宏、大野隆
    • 学会等名
      第497回日本農芸化学会関西支部講演会
    • 発表場所
      神戸大学(兵庫県・神戸市)
    • 年月日
      2016-12-03 – 2016-12-03
  • [学会発表] 新規好熱性紅色光合成細菌Allochromatium tepidum由来LH1-RCの耐熱性制御機構2016

    • 著者名/発表者名
      呂淑文、大友征宇、M.T. Madigan、木村行宏、大野隆
    • 学会等名
      第497回日本農芸化学会関西支部講演会
    • 発表場所
      神戸大学(兵庫県・神戸市)
    • 年月日
      2016-12-03 – 2016-12-03
  • [学会発表] Functional and structural roles of calcium ion in the reaction center complex from thermophilic purple photosynthetic bacterium, Thermochromatium tepidum2016

    • 著者名/発表者名
      Imanishi, M., Kobayashi, M., Kobayashi, M., Matsuzaki, M., Yura, Y., Ohno T., Wang, Z.-Y., and Kimura, Y.
    • 学会等名
      The 54th Annual Meeting of the BSJ
    • 発表場所
      つくば国際会議場(茨城県・つくば市)
    • 年月日
      2016-11-25 – 2016-11-27
  • [学会発表] Spectroscopic characterization of site-directed mutants in light-harvesting 1 complex from Thermochromatium tepidum2016

    • 著者名/発表者名
      Hashimoto, K., Nagashima, V.P.K., Akimoto, S., Ohno T., Wang, Z.-Y., and Kimura, Y.
    • 学会等名
      Annual Meeting of the BSJ
    • 発表場所
      つくば国際会議場(茨城県・つくば市)
    • 年月日
      2016-11-25 – 2016-11-27
  • [学会発表] Spectroscopic and thermodynamic characterization of the metal-binding sites in the LH1-RC complex from thermophilic purple sulfur bacterium Thermochromatium tepidum2016

    • 著者名/発表者名
      Kimura, Y., Yura, Y., Hayashi, Y.,Yong Li, Onoda, M., Wang-Otomo, Z.-Y., and Ohno T.
    • 学会等名
      17th International Congress on Photosynthesis
    • 発表場所
      Maastricht(The Netherlands)
    • 年月日
      2016-08-07 – 2016-08-11
    • 国際学会
  • [学会発表] 新規好熱性紅色硫黄細菌Allochromatium tepidum由来LH1-RCの特性解析2016

    • 著者名/発表者名
      呂淑文、木村行宏、大野隆、M.T. Madigan、大友征宇
    • 学会等名
      第24回光合成セミナー:反応中心と色素系の多様性
    • 発表場所
      龍谷大学(京都府・京都市)
    • 年月日
      2016-07-09 – 2016-07-10
  • [学会発表] Effects of metal cations on charge separated states of the reaction center from thermophilic purple photosynthetic bacterium Thermochromatium tepidum2016

    • 著者名/発表者名
      Kimura, Y., Matsuzaki, M., Yura, Y., Wang-Otomo, Z.-Y., and Ohno T.
    • 学会等名
      The 4th Awaji International Workshop on Electron Spin Science & Technology
    • 発表場所
      淡路夢舞台国際会議場(兵庫県・淡路市)
    • 年月日
      2016-06-19 – 2016-06-22
    • 国際学会
  • [備考]

    • URL

      http://www.edu.kobe-u.ac.jp/ans-bpc/

URL: 

公開日: 2018-01-16   更新日: 2022-02-16  

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