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2017 年度 実績報告書

光合成光化学系IIにおける水分解および電子伝達反応の物理化学的解析

研究課題

研究課題/領域番号 16K17854
研究機関名古屋大学

研究代表者

加藤 祐樹  名古屋大学, 理学研究科, 講師 (10376634)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
キーワード光合成 / マンガンクラスター / 電子伝達 / 酸化還元電位 / 分光電気化学 / FTIR
研究実績の概要

本研究では、光合成反応のうちで最大の謎とされる水分解・酸素発生反応におけるエネルギー論の解明を目的に、水分解の反応部位であるマンガンクラスターをはじめとする電子伝達系の酸化還元電位の計測に取り組んでいる。2年目にあたる平成29年度は、前年度に取り組んでいたマンガンクラスターの酸化還元電位の計測の際に見出した一次キノン電子受容体QAの酸化還元電位にあたり、FTIR法による計測法を確立し、従来の計測法である蛍光法の問題点を明らかにした。特に、従来ではマンガンクラスターが損傷するとQAの酸化還元電位が通常-100 mV程度のところ、+150 mVシフトすることが見出されていたが、FTIR法による分光電気化学計測の結果、いずれにおいても-100 mV程度であり、シフトすることは見いだされなかった。この結果は、初年度に見出されたATR-FTIR測定によって得られた知見(QAの水素結合構造や蛋白質との直接的な相互作用はMn除去によってほとんど影響を受けていない)からも支持されるものといえる。したがって、従来の電位計測から考えられていた光化学系IIにおける電子伝達の制御機構を抜本的に見直すこととなった。
また、QAの電位計測を通じて、マンガンクラスターの酸化還元特性は、-200 mVよりマイナス側でも損傷を受けることなく、可逆な酸還元応答を示すことを見出した。このことより、低電位側の計測の可能性が十分に示されることとなった。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Fourier transform infrared analysis of the S-state cycle of water oxidation in the microcrystals of photosystem II2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Kato, F. Akita, Y. Nakajima, M. Suga, Y. Umena, J.-R. Shen, and T. Noguchi
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. Lett.

      巻: 9 ページ: 2121-2126

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.8b00638

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 光化学系IIにおける電子伝達制御機構の解明:分光電気化学法による機能分子の分子の酸化還元電位計測2017

    • 著者名/発表者名
      加藤祐樹
    • 雑誌名

      化学と工業

      巻: 70 ページ: 935-936

    • 査読あり
  • [学会発表] FTIR分光法による光化学系IIにおける第一キノン電子受容体QAの酸化還元特性の解明2018

    • 著者名/発表者名
      加藤祐樹、大平彩花、 長尾遼、 野口巧
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
  • [学会発表] FTIR分光電気化学法による光化学系II第一キノンQAの酸化還元電位計測:Mn除去の効果2017

    • 著者名/発表者名
      大平彩花、長尾遼、野口巧、加藤祐樹
    • 学会等名
      日本光合成学会年会
  • [学会発表] 光化学系IIにおいてMn除去してもQAの酸化還元電位は変動しない2017

    • 著者名/発表者名
      大平彩花、長尾遼、野口巧、加藤祐樹
    • 学会等名
      第25回光合成セミナー2017
  • [学会発表] FTIR and quantum chemical calculation study of the photoactivation process of the Mn cluster in photosystem II2017

    • 著者名/発表者名
      Ayaka Ohira, Ryo Nagao, Takumi Noguchi, Yuki Kato,
    • 学会等名
      日本生物物理学会年会
  • [学会発表] FTIR study on the redox property of the primary quinone QA in photosystem II2017

    • 著者名/発表者名
      Yuki Kato, Ayaka Ohira, Ryo Nagao, and Takumi Noguchi
    • 学会等名
      8th International Conference “Photosynthesis and Hydrogen Energy Research for Sustainability -2017
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 名古屋大学大学院理学研究科 光生体エネルギー研究室ホームページ

    • URL

      https://www.bio.phys.nagoya-u.ac.jp/

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公開日: 2018-12-17  

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