超高速コヒーレント分光で検証可能な励起エネルギー移動の包括的理論

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22740276
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 生物物理・化学物理
• 研究機関: 大阪大学 (2013); 京都大学 (2010-2012)
• 研究代表者: 斉藤 圭亮 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (20514516)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 光合成 / 蛋白質 / 非線形光学分光 / クロロフィル / 電子移動 / プロトン移動 / 水素結合 / 構造ゆがみ

研究概要

植物や藻類の行う光合成では，蛋白質に埋め込まれた色素が光のエネルギーを集め，そのエネルギーを効率よく伝達している．そのエネルギーは電子移動やプロトン移動を引き起こすことに使われ，水の分解・酸素発生反応を実現している．反応のしくみを明らかにするためには，実験的にだけでなく，理論的に（計算機を用いるなどして計算することによって）アプローチすることも不可欠である．本研究では，実験結果をうまく説明できる理論を構築し，光合成蛋白質においてエネルギー伝達・電子移動・プロトン移動が起こるしくみの一端を明らかにした．

研究成果

• [雑誌論文] Influence of the Ca2^+ ion on the Mn4Ca conformation and the H-bond network arrangement in Photosystem II (2014)
  • 著者名/発表者名: Saito K, Ishikita H
  • 雑誌名: Biochimica et biophysica acta 巻: 1837 ページ: 159-166
  • DOI: 10.1073/pnas.1300817110
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanism of tyrosine D oxidation in Photosystem II (2013)
  • 著者名/発表者名: Saito K, Rutherford AW, Ishikita H
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 巻: 110 ページ: 7690-7695
  • DOI: 10.1073/pnas.1300817110
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanism of proton-coupled quinone reduction in Photosystem II (2013)
  • 著者名/発表者名: Saito K, Rutherford AW, Ishikita H
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 巻: 110 ページ: 954-959
  • DOI: 10.1073/pnas.1212957110
  • 査読あり
• [雑誌論文] Factors that differentiate the H-bond strengths of water near the Schiff bases in bacteriorhodopsin and Anabaena sensory rhodopsin (2012)
  • 著者名/発表者名: Saito K, Kandori H, Ishikita H
  • 雑誌名: The Journal of biological chemistry 巻: 287 ページ: 34009-34018
  • DOI: 10.1074/jbc.M112.388348
  • 査読あり
• [雑誌論文] Energetics of short hydrogen bonds in photoactive yellow protein (2012)
  • 著者名/発表者名: Saito K, Ishikita H
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 巻: 109 ページ: 167-172
  • DOI: 10.1073/pnas.1113599108
• [雑誌論文] Deformation of chlorin rings in the Photosystem II crystal structure (2012)
  • 著者名/発表者名: Saito K, Umena Y, Kawakami K, Shen JR, Kamiya N, Ishikita H
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 51 ページ: 4290-4299
  • DOI: 10.1021/bi300428s
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation of coherently coupled vibronic oscillations in carotenoids (2012)
  • 著者名/発表者名: Sugisaki M, Kosumi D, Saito K, Cogdell, RJ, Hashimoto H
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 85 ページ: 245408
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.85.245408
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cationic state distribution over the P700 chlorophyll pair in photosystem I (2011)
  • 著者名/発表者名: Saito K, Ishikita H
  • 雑誌名: Biophysical journal 巻: 101 ページ: 2018-2025
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2011.09.010
• [雑誌論文] Distribution of the cationic state over the chlorophyll pair of the photosystem II reaction center (2011)
  • 著者名/発表者名: Saito K, Ishida T, Sugiura M, Kawakami K, Umena Y, Kamiya N, Shen JR, Ishikita H
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 133 ページ: 14379-14388
  • DOI: 10.1021/ja203947k
• [雑誌論文] A comparison of the Liptay theory of electroabsorption spectroscopy with the sum-over-state model and its modification for the degenerate case (2011)
  • 著者名/発表者名: Saito K, Yanagi K, Cogdell RJ, Hashimoto H
  • 雑誌名: The Journal of chemical physics 巻: 134 ページ: 044138
  • DOI: 10.1063/1.3524339
• [学会発表] ロドプシンの機能に違いを生み出す水素結合強度の違い (2013)
  • 著者名/発表者名: 斉藤圭亮, A. W. Rutherford, 石北央
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンター
  • 年月日: 2013-11-18
• [学会発表] 光化学系IIにおけるプロトン移動経路 (2013)
  • 著者名/発表者名: 斉藤圭亮, A. W. Rutherford, 石北央
  • 学会等名: 第51回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 京都国際会館
  • 年月日: 2013-10-28
  • 招待講演
• [学会発表] Proton transfer in photosystem II (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Saito, H. Ishikita
  • 学会等名: 1st Korea-Japan Microalgae Symposium (KJMS 2013)
  • 発表場所: KAIST(大田広域市, 韓国)
  • 年月日: 2013-10-11
• [学会発表] 光合成蛋白質における電荷分離の戦略 (2013)
  • 著者名/発表者名: 斉藤圭亮
  • 学会等名: 2013CREST有機太陽電池シンポジウム
  • 発表場所: 京都大学宇治キャンパス
  • 年月日: 2013-07-13
• [学会発表] Mechanism of quinone reduction in photosystem II (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Saito, A. W. Rutherford, H. Ishikita
  • 学会等名: Photosynthesis Research for Sustainability-2013
  • 発表場所: バクー(アゼルバイジャン)
  • 年月日: 2013-06-05
• [学会発表] 光合成蛋白質における電子・プロトン移動の理論研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 斉藤圭亮
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
  • 年月日: 2013-03-28
• [学会発表] 電場変調吸収(Stark)分光におけるLiptay理論と状態和理論との比較 (2013)
  • 著者名/発表者名: 斉藤圭亮, 柳和宏, 橋本秀樹
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学 西宮上ケ原キャンパス
  • 年月日: 2013-03-27
• [学会発表] 光合成光化学系IIにおけるキノンはプロトン共役電子移動によって還元される (2013)
  • 著者名/発表者名: 斉藤圭亮, 石北央
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学東広島キャンパス
  • 年月日: 2013-03-26
• [学会発表] 蛋白質構造に基づく理論解析による光合成初期過程における電子・プロトン移動機構の解明 (2013)
  • 著者名/発表者名: 斉藤圭亮, 石北央
  • 学会等名: 第54回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 岡山大学津島キャンパス
  • 年月日: 2013-03-21
• [学会発表] 光合成光化学系IIにおけるクロロフィル平面のゆがみ (2013)
  • 著者名/発表者名: 斉藤圭亮, 石北央
  • 学会等名: 2012年度日本生物物理学会中部支部講演会
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス
  • 年月日: 2013-02-19
• [学会発表] Cationic State Distributions over Chlorophyll Pairs in Photosystem I and II (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Saito, H. Ishikita
  • 学会等名: 岡山大学国際シンポジウム「光合成システムの構造とダイナミクス」
  • 発表場所: 岡山大学津島キャンパス
  • 年月日: 2012-10-22
• [学会発表] ロドプシン活性中心における水の水素結合強度の違い (2012)
  • 著者名/発表者名: 斉藤圭亮, 石北央
  • 学会等名: 第6回分子科学討論会
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス
  • 年月日: 2012-09-21
• [学会発表] Photoactive yellow proteinにおける「低障壁水素結合」の化学 (2012)
  • 著者名/発表者名: 斉藤圭亮, 石北央
  • 学会等名: 第17回日本光生物協会年会
  • 発表場所: 大阪大学吹田キャンパス
  • 年月日: 2012-08-18
• [学会発表] 光化学系IIにおけるクロロフィル平面のゆがみ (2012)
  • 著者名/発表者名: 斉藤圭亮, 石北央
  • 学会等名: 第3回日本光合成学会公開シンポジウム
  • 発表場所: 東京工業大学すずかけキャンパス
  • 年月日: 2012-06-02
• [学会発表] 蛋白質環境による光合成光化学系IIの機能制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 斉藤圭亮, 石北央
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学 西宮上ケ原キャンパス
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] 光合成蛋白質中におけるクロロフィル二量体上の正電荷分布の起源 (2011)
  • 著者名/発表者名: 斉藤圭亮, 石北央
  • 学会等名: 第25回分子シミュレーション討論会
  • 発表場所: 東京工業大学大 大岡山キャンパス
  • 年月日: 2011-12-06
• [学会発表] 光合成の理論研究の実際～蛋白質構造に基づいた計算によってわかること～ (2011)
  • 著者名/発表者名: 斉藤圭亮
  • 学会等名: 日本光合成学会若手の会第5回セミナー
  • 発表場所: 東京大学 本郷キャンパス
  • 年月日: 2011-10-23
• [学会発表] 光合成蛋白質中におけるクロロフィル二量体上の電荷分布の起源 (2011)
  • 著者名/発表者名: 斉藤圭亮, 石北央
  • 学会等名: 第5回分子科学討論会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2011-09-20
• [学会発表] Cationic state distibutions over chlorophyll pairs in photosystem I and II (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Saito, H. Ishikita
  • 学会等名: Photosynthesis Research for Sustainability-2011
  • 発表場所: バクー(アゼルバイジャン)
  • 年月日: 2011-07-25
• [学会発表] Theory for photon echo in carotenoids including effects of the Rabi oscillation and the Duschinsky rotation (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Saito, M. Sugisaki, H. Hashimoto
  • 学会等名: The 70th Okazaki Conference : Molecular Mechanism of Photosynthetic Energy Conversion
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンター
  • 年月日: 20101204-05
• [学会発表] 電場変調吸収分光の理論とそのカロテノイドへの応用 (2010)
  • 著者名/発表者名: 斉藤圭亮
  • 学会等名: カロテノイド若手の会
  • 発表場所: 箱根路開雲ホテル
  • 年月日: 2010-12-20
• [学会発表] カロテノイドにおけるフォトンエコーの理論的研究 (2010)
  • 著者名/発表者名: 斉藤圭亮, 杉崎満, 橋本秀樹
  • 学会等名: 日本物理学会平成22年度秋季大会
  • 発表場所: 大阪府立大学
  • 年月日: 2010-09-26
• [備考] 大阪大学プレスリリース「光合成の中核をなす「歪んだ椅子」構造の謎を遂に解明・触媒活性の要因特定で人工光合成系の実現へ重要な一歩」2013/10/15
  • URL: http://www.osaka-u.ac.jp/ja/news/ResearchRelease/2013/10/20131015_1
• [備考] 京都大学プレスリリース「光合成酸素発生反応で利用される蛋白質内のプロトン移動経路を発見」2013/4/16
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/news_data/h/h1/news6/2013/130416_1.htm