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2012 年度 実績報告書

海洋性光合成色素クロロフィルcの生体及び色素増感太陽電池における光励起状態の解明

研究課題

研究課題/領域番号 23684020
研究機関大阪市立大学

研究代表者

藤井 律子  大阪市立大学, 複合先端研究機構, 特任准教授 (80351740)

研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2015-03-31
キーワード光物性 / 生体分子 / 光合成アンテナ / 太陽電池 / クロロフィル
研究概要

クロロフィル(Chl) c は、海洋性光合成生物において光合成アンテナタンパク(FCP)に結合して、太陽光エネルギーを吸収して反応サイトへ励起エネルギーを伝達する「集光作用」を担う天然ポルフィリン色素である。一方、色素増感太陽電池において酸化チタンへの電子注入を行い、約5%の高い光電変換効率を示す。しかしながら、これらの光応答の鍵となるChl cの光励起状態については解明されていない。本研究の目的は、オキナワモズク盤状体を用い、向流クロマトグラフィーを利用することにより、微量成分であるChl cの大量調製を実現し、時間分解分光によりChl cの光励起状態を解明する事である。本年度は、グロースチャンバーなどを導入してオキナワモズクの培養を制御することにより、Chl cの精製における不純物の混入を最小限に抑えながら、向流クロマトグラフィーとHPLCの併用により、純度の高いChl c1とc2を単離する事に成功した。昨年度から試みていた、溶媒のpH変化による光応答の変化を定量的に解析するための実験系を確立し、測定点の数を増やすことにより、変化量を明確にする事に成功した。さらに、有機酸の酸解離平衡(R-COO-とR-COOH の平衡)をおこす部位をメチルに置換したR-COOMeを用いた対照実験を行い、この変化が極めて良い近似として有機酸の酸解離平衡だけで記述できる事を解明した。この実験で明らかにした塩基性条件(Chl cはR-COO-の状態)でフェムト秒時間分解吸収スペクトルを測定する事に成功した。スペクトルの解析は予想より複雑であったが、今後、解析を行う予定である。

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

昨年度の実施計画であったChl cの大量調製系の確立は、培養時の環境の制御、HPLCによる精製の手法により、およそ達成した。本研究目的であるChl cの励起状態の解明について、重要な情報を与える、Chl cの酸解離平衡における光応答について、極めて詳細に解明する事に成功し、その一方の構造をとる条件でフェムト秒時間分解吸収分光を行ったため、「研究の目的」に向けておおむね順調に進展していると考えている。

今後の研究の推進方策

培養から精製までを一貫して行うシステムを継続して構築し、Chl cの大量調製を実現する。また、新たに解明したChl cの酸解離平衡における二つの極限構造における電子状態をQM/MM計算などの手法を取り入れて明らかにしつつ、励起状態の完全解明を達成する。また、FCP蛋白を調製し、生体内におけるChl cの役割を解明する。

  • 研究成果

    (25件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (17件) (うち招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Ultrafast excited state dynamics of spirilloxanthin in solution and bound to core antenna complexes: Identification of the S* and T1 states2012

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Kosumi, Satoshi Maruta, Tomoko Horibe, Yuya Nagaoka, Ritsuko Fujii, Mitsuru Sugisaki, Richard J. Cogdell, and Hideki Hashimoto
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys.

      巻: 137 ページ: 064505

    • DOI

      10.1063/1.4737129

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Excitation Energy-Transfer Dynamics of Brown Algal Photosynthetic Antennas2012

    • 著者名/発表者名
      D. Kosumi, M. Kita, R. Fujii, M. Sugisaki, N. Oka, Y. Takaesu, T. Taira, M. Iha and H. Hashimoto
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. Lett.

      巻: 3 ページ: 2659-2664

    • DOI

      10.1021/jz300612c

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reassociation of All-trans-3,4-Dihydroanhydrorhodovibrin with LH1 Subunits Isolated from Rhodospirillum Rubrum: Selective Binding of All-trans Isomer from Mixture of Cis and Trans Isomers2012

    • 著者名/発表者名
      Mai Yamamoto, Tomoko Horibe, Yoshiaki Nishisaka, Shuichi Suzuki, Masatoshi Kozaki, Ritsuko Fujii, Matsumi Doe, Mamoru Nango, Keiji Okada, and Hideki Hashimoto
    • 雑誌名

      Bull. Chem. Soc. J.

      巻: 86 ページ: 121-128

    • DOI

      10.1246/bcsj.20120230

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Excitation Energy Transfer Dynamics of Fucoxanthin-Chlorophyll-a/c-Protein2012

    • 著者名/発表者名
      D. Kosumi, R. Fujii, M. Sugisaki, Y. Iinuma, N. Oka, Y. Takaesu, T. Taira, M. Iha, H. A. Frank, H. Hashimoto
    • 雑誌名

      Carotenoid Science

      巻: 17 ページ: 35-39

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Novel Mass Production of Siphoaxanthin from a Green Alga, “Motsure-miru” (Codium intricatum)2012

    • 著者名/発表者名
      N. Oka, T. Kusumoto, T. Taira, M. Iha, Y. Shigematsu, R. Fujii, and H. Hashimoto
    • 雑誌名

      Carotenoid Science

      巻: 17 ページ: 19-22

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Excitation Energy Transfer Between Carotenoids and Bacteriochlorophylls in Purple Bacterial Photosynthetic Light-Harvesting Antennae2012

    • 著者名/発表者名
      S. Maruta, T. Horibe, D. Kosumi, Y. Sugai, R. Fujii, M. Sugisaki, S. Takaichi, R.J. Cogdell, H. Hashimoto
    • 雑誌名

      Carotenoid Science

      巻: 17 ページ: 23-29

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 褐藻類の光合成アンテナに結合した色素の構造と機能 Structure and Function of the Pigments Bound to the Photosynthetic Light-harvesting Protein from Brown Algae2012

    • 著者名/発表者名
      藤井 律子
    • 雑誌名

      化学工業

      巻: 63 ページ: 12-18

  • [学会発表] 藻類の光合成アンテナ色素クロロフィルcのpH-光センサー機能2013

    • 著者名/発表者名
      藤井律子,千住直輝,溝口正,伊波匡彦,市村彰男,橋本秀樹
    • 学会等名
      日本物理学会春季年会(2013)
    • 発表場所
      広島大学東広島キャンパス
    • 年月日
      20130326-20130329
  • [学会発表] 海洋性光合成生物のタンパク質-色素複合体の基板上への固定化とその光電流特性2013

    • 著者名/発表者名
      近藤正晴,天野瑞貴, 野地智康, 藤井律子, 橋本秀樹, 出羽毅久, 南後守
    • 学会等名
      日本化学会第93春季年会(2013)
    • 発表場所
      立命館大学びわこ・くさつキャンパス
    • 年月日
      20130322-20130325
  • [学会発表] 褐藻類の光合成アンテナ色素クロロフィルcのpH-光センサー機能2013

    • 著者名/発表者名
      藤井律子,千住直輝,溝口正,伊波匡彦,市村彰男,橋本秀樹
    • 学会等名
      日本化学会第93春季年会(2013)
    • 発表場所
      立命館大学びわこ・くさつキャンパス
    • 年月日
      20130322-20130325
  • [学会発表] 深所型緑藻の光合成アンテナ蛋白質の蛋白と色素の同定2013

    • 著者名/発表者名
      重松佑典, 藤井律子, 岡直宏, 伊波匡彦, 橋本秀樹
    • 学会等名
      日本化学会第93春季年会(2013)
    • 発表場所
      立命館大学びわこ・くさつキャンパス
    • 年月日
      20130320-20130325
  • [学会発表] Structure of siphonaxanthin bound to the newly isolated photosynthetic antenna from a deep-sea green alga, Codium intricatum2013

    • 著者名/発表者名
      FUJII, Ritsuko; SHIGEMATSU, Yusuke; OKA, Naohiro; IHA, Masahiko; HASHIMOTO, Hideki
    • 学会等名
      2012 OCARINA Annual International Meeting-Launch of the Artificial Photosynthesis Research Center-
    • 発表場所
      Osaka City University, Osaka
    • 年月日
      20130304-20130306
    • 招待講演
  • [学会発表] Optical properties of photoexcited states of oceanic photosynthetic antenna pigment, chlorophylls c (Chls c)2013

    • 著者名/発表者名
      Naoki Senju, Ritsuko Fujii, Tadashi Mizoguchi, Masahiko Iha, Akio Ichimura, Hideki Hashimoto
    • 学会等名
      2012 OCARINA Annual International Meeting-Launch of the Artificial Photosynthesis Research Center-
    • 発表場所
      Osaka City University, Osaka
    • 年月日
      20130304-20130306
  • [学会発表] Elucidation of the photosynthtic function of carbonyl carotenoids in the Chloroplast Genome-Modified lettuce2013

    • 著者名/発表者名
      Masahiro SHIROTA, Ritsuko FUJII, Norihiko MISAWA and Hideki HASHIMOTO
    • 学会等名
      2012 OCARINA Annual International Meeting-Launch of the Artificial Photosynthesis Research Center-
    • 発表場所
      Osaka City University, Osaka
    • 年月日
      20130304-20130306
  • [学会発表] Construction of Carotenoid Molecularly-Oriented Film: a Model System of Photosynthetic Antenna2013

    • 著者名/発表者名
      Shohei Kita, Ritsuko Fujii, Hideki Hashimoto
    • 学会等名
      2012 OCARINA Annual International Meeting-Launch of the Artificial Photosynthesis Research Center-
    • 発表場所
      Osaka City University, Osaka
    • 年月日
      20130304-20130306
  • [学会発表] 紅色光合成細菌アンテナにおける励起子ダイナミクス2012

    • 著者名/発表者名
      長岡悠也,小澄大輔,藤井律子,杉崎満, 橋本秀樹
    • 学会等名
      日本物理学会 2012 年秋季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学常盤台キャンパス
    • 年月日
      20120918-20120921
  • [学会発表] 光捕集色素蛋白複合体に結合するカロテノイドに対するStark分光及び分子軌道計算を用いた構造解析2012

    • 著者名/発表者名
      堀部智子,小澄大輔,藤井律子,QianPu,C.N.Hunter,橋本秀樹
    • 学会等名
      日本物理学会 2012 年秋季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学常盤台キャンパス
    • 年月日
      20120918-20120921
  • [学会発表] フェムト秒誘導ラマン分光による光合成色素蛋白複合体内のカロテノイドの研究2012

    • 著者名/発表者名
      吉松 織優, 阿部 健太, 酒井 俊亮, 堀部 智子, 藤井 律子, 南後 守, 橋本 秀樹, 吉澤 雅幸
    • 学会等名
      第26回カロテノイド研究談話会
    • 発表場所
      函館国際ホテル
    • 年月日
      20120913-20120914
  • [学会発表] 酸素発生光化学系II複合体におけるβ-クリプトキサンチンの同定2012

    • 著者名/発表者名
      川上 恵典, 藤井 律子, 梅名 泰史, 小澤 真一郎, 高橋 裕一郎, 橋本 秀樹, 神谷 信夫, 沈 建仁
    • 学会等名
      第26回カロテノイド研究談話会
    • 発表場所
      函館国際ホテル
    • 年月日
      20120913-20120914
  • [学会発表] 紅色光合成細菌由来周辺アンテナにおける新たなエネルギー散逸機能2012

    • 著者名/発表者名
      丸田聡、小澄大輔、須貝裕子、藤井律子、杉崎満、高市真一、橋本秀樹
    • 学会等名
      第20回 光合成の色素系と反応中心に関するセミナー
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス
    • 年月日
      20120630-20120701
  • [学会発表] リング状に会合した光合成細菌アンテナ系における励起子状態ダイナミクス2012

    • 著者名/発表者名
      長岡悠也、小澄大輔、藤井律子、杉崎満、橋本秀樹
    • 学会等名
      第20回 光合成の色素系と反応中心に関するセミナー
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス
    • 年月日
      20120630-20120701
  • [学会発表] 海洋性光合成アンテナ色素クロロフィルcの解離定数2012

    • 著者名/発表者名
      藤井律子、千住直輝、市村彰男、伊波匡彦、橋本秀樹
    • 学会等名
      第20回 光合成の色素系と反応中心に関するセミナー
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス
    • 年月日
      20120630-20120701
  • [学会発表] Dissociation equilibrium constant of chlorophyll c2012

    • 著者名/発表者名
      Ritsuko Fujii, Naoki Senju, Masahiko Iha, and Hideki Hashimoto
    • 学会等名
      Eigth International Workshop on Supramolecular Nanoscience of Chemically Programmed Pigments (SNCPP12)
    • 発表場所
      EPOC Ritsumei 21, Ritsumeikan University
    • 年月日
      20120622-20120624
  • [学会発表] 光合成アンテナの基礎2012

    • 著者名/発表者名
      藤井律子
    • 学会等名
      第2回人工光合成基礎セミナー
    • 発表場所
      ホテル日航豊橋
    • 年月日
      20120512-20120512
    • 招待講演
  • [備考] 大阪市立大学 複合先端研究機構 CV(Ritsuko Fujii)

    • URL

      http://www.ocarina.osaka-cu.ac.jp/profile/ritsuko_fujii.html

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公開日: 2014-07-24  

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