光電変換機能をもつ超分子複合体の階層的組織化と機能展開

2011 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20350053
• 研究機関: 大阪市立大学
• 研究代表者: 南後 守 大阪市立大学, 複合先端研究機構, 特任教授 (90109893)
• 研究分担者: 山下 啓司 名古屋工業大学, 工学研究科, 教授 (90158155) ; 出羽 毅久 名古屋工業大学, 工学研究科, 准教授 (70335082)
• キーワード: 光合成 / アンテナ色素複合体 / 自己組織化 / 脂質二分子膜 / 電極基板上 / 光電変換 / AFM

研究概要

昨年に続いて、光合成膜構造を模した階層的ナノ組織体を巧みに構築し、基板上で高効率な光電変換機能をもつタンパク質色素複合体のナノデバイスの開発を行った。また、脂質二分子膜中でのタンパク質色素複合体のAFM観察ならびに電極基板上でのその複合体の電気化学的応答の解析結果と合わせて、色素複合体の動的構造と機能との相関について明らかにした。
1)アンテナ系タンパク質色素複合体の基板上での組織化と機能解析
紅色光合成細菌の光捕集機能をもつアンテナ系(LH)タンパク質、LH2および光電荷分離機能をもつ反応中(RC)を含むLHタンパク質、LH1-RCの組織化を脂質二分子膜中および電極基板上で行った。そして、これらの複合体形成および機能発現におよぼすタンパク質のアミノ酸組成および脂質の組成の役割について、それぞれ、検討を行った。
2)アンテナ系モデルタンパク質を用いた色素誘導体の基板上での組織化とその機能解析
分子生物学的ならびに化学合成的手法で人工的に調製したアンテナ系モデルタンパク質を用いて、光捕集あるいは光電荷分離機能をもつ色素複合体の自己組織化を基板(ITOあるいは金電極)上で行った。その確認は、UV-Vis、CDなどの分光学的手法および原子間力顕微鏡を用いて検討した。また、それらの複合体の蛍光挙動ならびに基板上での電流応答の比較検討から、色素誘導体間のエネルギーおよび電子伝達機能について検討を行った。

研究成果

• [雑誌論文] Immobilization and Photocurrent Activity of a Light-Harvesting Antenna Complex II, LHCII Isolated from a Plant on Electrodes (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Nagata, M. Amano, T. Joke, K. Fuji, A. Okuda, M. Kondo, S. Ishigure, T. Dewa, K. Iida, F. Secundo, Y. Amao, H. Hashimoto, M. Nango
  • 雑誌名: ACS Macro Lett. 巻: 1 ページ: 296-299
  • DOI: 10.1021/mz200163e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-Dimensional Molecular Assembly of Bacteriochlorophyll a Derivatives Using Synthetic Poly(Ethylene Glycol)-Linked Light-Harvesting Model Polypeptides on a Gold Electrode Modified with Supported Lipid Bilayers (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Ochiai, M. Nagata, K. Shimoyama, T. Kato, T. Asaoka, M. Kondo, T. Dewa, K. Yamashita, A. Kashiwada, S. Futaki, H. Hashimoto, M. Nango
  • 雑誌名: ACS Macro Lett. 巻: 1 ページ: 28-22
  • DOI: 10.1021/mz200048m
  • 査読あり
• [雑誌論文] Overexpression of Rhodobacter sphaeroides PufX-bearing maltose-binding protein and its effect on the stability of reconstituted light-harvesting core antenna complex (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Sakai, A. Hiro, M. Kondo, T. Mizuno, T. Tanaka, T. Dewa, M. Nango
  • 雑誌名: Photosynthesis Res. 巻: 111 ページ: 63-69
  • DOI: Doi:10.1007/s11120-011-9673-x
• [雑誌論文] T Photocurrent and Electronic Activities of Oriented-His-tagged Photosynthetic Light-Harvesting/Reaction Centre Core Complexes Assembled onto a Gold Electrode (2012)
  • 著者名/発表者名: M.Kondo, K.Iida, T.Dewa, H.Tanaka, T.Ogawa, S.Nagashima, K.V.P.Nagashima, K.Shimada, H.Hashimoto, A.T.Gardiner, R.J.Cogdell, M.Nango
  • 雑誌名: Biomacromolecules 巻: 13 ページ: 432-438
  • DOI: 10.1021/bm201457s
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reconstitution and Organization of Photosynthetic Antenna Protein Complex Bearing Functional Hydrophilic Domains (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Sakai, A. Hiro, A. Sumino, T. Mizuno, T. Tanaka, H. Hashimoto, T. Dewa, M. Nango
  • 雑誌名: Chem. Lett. 巻: 40 ページ: 1280-1282
  • DOI: Doi:10.1246/cl.2011.1280
  • 査読あり
• [雑誌論文] Construction and Structural Analysis of Tethered Lipid Bilayer Containing Photosynthetic Antenna Proteins for Functional Analysis (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Sumino, T. Dewa, T. Takeuchi, R. Sugiura, N. Sasaki, N. Misawa, R. Tero, T. Urisu, A. T. Gardiner, R. J. Cogdell, H. Hashimoto, M. Nango
  • 雑誌名: Biomacromolecules 巻: 12 ページ: 2850-2858
  • DOI: 10.1021/bm200585y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-protein study of photoresistance of pigment-protein complex in lipid bilayer (2011)
  • 著者名/発表者名: A D.Uchiyama, H.Hoshino, K.Otomo, T.Kato, K.Onda, A.Watanabe, H.Oikawa, S.Fujiyoshi, M.Matsushita,_M.Nango, N.Watanabe, A.Sumino,_T.Dewa
  • 雑誌名: Chem.Phys.Lett. 巻: 511 ページ: 135-137
  • DOI: Doi:10.1016/j.cplett.2011.06.019
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reconstitution of bacterial photosynthetic unit in lipid bilayer studied by single-molecule spectroscopy at 5 K (2011)
  • 著者名/発表者名: D.Uchiyama, H.Oikawa, K.Otomo, M.Nango, T.Dewa, S.Fujiyoshia, M.Matsushita
  • 雑誌名: Phys.Chem.Chem.Phys. 巻: 13 ページ: 11615-11619
  • DOI: Doi:10.1246/cl.2011.1280
  • 査読あり
• [学会発表] Artificial Photosynthetic Antenna : Self-Assemblies of Light-Harvesting Protein-Pigment Complex and Its Model Complex for Construction of an Artificial Photoenergy Conversion Syst (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Nango
  • 学会等名: 2010 Korean-Japan Bilateral Symposium on Frontier Photoscience
  • 発表場所: Konkuk University, Seul, Korea
  • 年月日: 2011-10-31
• [学会発表] Reconstitution of photosynthetic antenna protein assemblies into lipid bilayers and their evaluation of energy transfer (2011)
  • 著者名/発表者名: N.Watanabe, T.Dewa, A.Sumino, M.Kondo, H.Hashimoto, M.Nango
  • 学会等名: 第49回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 兵庫県立大学姫路書写キャンパス
  • 年月日: 2011-09-16
• [学会発表] Self-assembly of photosynthetic antenna membrane protein onto substrate with a defined orientation and its photocurrent activity (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Kondo, K.Harada, S.Nagashima, K.V.P.Nagashima, H.Hashimoto, T.Dewa, M.Nango
  • 学会等名: 第60回高分子学会年会
  • 発表場所: 大阪国際会議場
  • 年月日: 2011-05-27
• [学会発表] 光合成のアンテナタンパク質/ポルフィリン関連色素複合体の電極基板上への組織化およびその光電流測定 (2011)
  • 著者名/発表者名: 天野瑞貴, 近藤政晴, 永田衞男, 橋本秀樹, 天尾豊, 出羽毅久, 南後守
  • 学会等名: 第1回ポルフィリン-ALA学会
  • 発表場所: 東京工業大学(大岡山)
  • 年月日: 2011-05-07
• [図書] Bioindustry(分担) : Assembly of Photosynthetic Pigment-Protein Complex on Substrates and Development of Bio-solar cell (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Kondo, T.Dewa, M.Nango
  • 総ページ数: 8
  • 出版者: シーエムシー(CMC)出版