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2017 年度 実績報告書

シリアルフェムト秒結晶学による光化学系II複合体の水分解・酸素発生機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 16K21181
研究機関岡山大学

研究代表者

秋田 総理  岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (50751418)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
キーワード光合成
研究実績の概要

2017年度は光化学系IIのサンプルの精製、結晶の処理条件の検討、フーリエ変換赤外分光法によるS状態の測定、S0状態を解明するため3回閃光照射でシリアルフェム ト秒結晶構造解析を行なった。180 Lスケールで培養したシアノバクテリアからチラコイド膜を回収し、タンパク質の可溶化・カラム精製を行ない、一回で300から400 mgの 光化学系IIが得られた。結晶をグリースと混合し、一定流速で流しながら、上流に532nmのYAGレーザーを3回、下流にX線自由電子レー ザーを照射することで、S0状態の回折像を収集した。しかしながら、S0に相当する様な構造変化は観察できなかった。
結晶を高濃度のPEGで処理することで結晶性を改善し、分解能を向上させていたが、フーリエ変換赤外分光法を用いた実験で、高濃度のPEGによって反応効率が低下することがわかった。高反応効率と高分解能を同時に満たす様な結晶処理条件を探索するために、フーリエ変換赤外分光法とX線回折法の2つの方法でスクリーニングを行なった。結局予想通り、FTIRを用いた実験で、前回からPEGを5 %減らした条件でS0まで反応が進むことが分かった。その条件を元に結晶を処理した後、SACLAでデータ収集を行なったが、分解能は3.0オングストローム前後まで低下した。この分解能ではマンガンクラスター周辺の詳細な変化を観測することはできなかった。そのため、今後は更なる条件探索が必要である。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (2件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Structured near-infrared Magnetic Circular Dichroism spectra of the Mn 4 CaO 5 cluster of PSII in T. vulcanus are dominated by Mn(IV) d-d ‘spin-flip’ transitions2018

    • 著者名/発表者名
      Morton Jennifer、Chrysina Maria、Craig Vincent S.J.、Akita Fusamichi、Nakajima Yoshiki、Lubitz Wolfgang、Cox Nicholas、Shen Jian-Ren、Krausz Elmars
    • 雑誌名

      Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics

      巻: 1859 ページ: 88~98

    • DOI

      DOI: 10.1016/j.bbabio.2017.10.004

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [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
      Kato Yuki、Akita Fusamichi、Nakajima Yoshiki、Suga Michihiro、Umena Yasufumi、Shen Jian-Ren、Noguchi Takumi
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      DOI: 10.1021/acs.jpclett.8b00638

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 光合成水分解・酸素発生反応の構造基盤2017

    • 著者名/発表者名
      秋田 総理、菅 倫寛、沈 建仁
    • 雑誌名

      生化学

      巻: 89 ページ: 699~709

    • DOI

      doi:10.14952/SEIKAGAKU.2017.890699

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] X線自由電子レーザーによる光化学系II複合体の酸素発生機構の解明2018

    • 著者名/発表者名
      秋田総理
    • 学会等名
      第10回文部科学省「最先端の光の創成を目指したネットワーク研究拠点プログラム シンポジウム
  • [学会発表] X線自由電子レーザーを用いた光化学系II水分解反応の機構解明2017

    • 著者名/発表者名
      秋田総理
    • 学会等名
      第8回日本光合成学会年会及びシンポジウム
    • 招待講演

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公開日: 2018-12-17  

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