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2016 年度 実績報告書

光合成・光化学系Ⅱ複合体の原子分解能における酸素発生機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 24227002
研究機関大阪市立大学

研究代表者

神谷 信夫  大阪市立大学, 複合先端研究機構, 教授 (60152865)

研究分担者 八ツ橋 知幸  大阪市立大学, 大学院理学研究科, 教授 (70305613)
研究期間 (年度) 2012-05-31 – 2017-03-31
キーワード光化学系II / 光合成 / 水分解 / 酸素発生 / 人工光合成 / 金属クラスター / 酸化状態 / SPring-8
研究実績の概要

光化学系II複合体(PSII)の水分解・酸素発生機構を解明するために、PSIIの酸素発生KokサイクルにおけるMn4Caクラスター(OEC)の中間体(Si状態、i = 0 - 4)の内、S0、S1、S2状態に関する構造情報を得ることを目指している。これまでに、2011年に報告したS1状態の構造を見直して(当初のPDB-ID:3ARCを一部修正し、3WU2で再登録)、Mn4Caクラスター内の原子間距離の精度をX線結晶学の立場から検証した。また構造解析に用いる回折強度データを可能な限り少ないX線量で収集し、Mn原子のX線還元を無視できるレベルまで低減した構造解析を進めた。本研究では以下の5項目について研究を進めてきた。[1] 酸素発生機構に関与する塩素イオンをヨウ素イオンと入れ替えて化学的に還元されたOECをもつPSIIの構造解析、[2] 酸素発生に連動する電子移動を停止させる除草剤との複合体PSIIの構造解析、[3] 遺伝子操作によりPSIIの小分子量サブユニットのひとつPsbMを欠失して電子移動速度が低下した変異体PSIIの構造解析。[4]インタクトなPSIIの低X線量構造解析と、X線異常分散効果を利用したMn4Caクラスターの4個のMn原子の価数の同定。[5] フェムト秒レーザーの多光子吸収を利用したS2状態の実現とその構造解析。研究目標の[1]から[4]については、目標としている結晶構造解析をすべて完了し、[1]と[2]については論文準備中、[3]と[4]については結果を論文発表した。[5]については、フェムト秒レーザーの多光子吸収を利用してPSIIのS2状態を実現させる技術の開発に成功し、その結果を論文発表する準備を進めているが、この技術により均一なS2状態にある多数の結晶を実際に準備して回折強度データを収集し、その構造解析を完了させるにはまだ至っていない。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (43件)

すべて 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (37件) (うち国際学会 11件、 招待講演 15件)

  • [雑誌論文] On the guiding principles for understanding of geometrical structures of the CaMn4O5 cluster in oxygen-evolving complex of photosystem II. Proposal of estimation formula of structural deformations via the Jahn?Teller effects2017

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi K.、Shoji M.、Isobe H.、Yamanaka S.、Umena Y.、Kawakami K.、Kamiya N.
    • 雑誌名

      Molecular Physics

      巻: 115 ページ: 636~666

    • DOI

      10.1080/00268976.2016.1278476

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mutual relationships between structural and functional changes in a PsbM-deletion mutant of photosystem II2017

    • 著者名/発表者名
      Uto S.、Kawakami K.、Umena Y.、Iwai M.、Ikeuchi M.、Shen J.-R.、Kamiya N.
    • 雑誌名

      Faraday Discussions

      巻: 198 ページ: 107~120

    • DOI

      10.1039/C6FD00213G

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Two Different Structures of the Oxygen-Evolving Complex in the Same Polypeptide Frameworks of Photosystem II2017

    • 著者名/発表者名
      Tanaka Ayako、Fukushima Yoshimasa、Kamiya Nobuo
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 139 ページ: 1718~1721

    • DOI

      10.1021/jacs.6b09666

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Understanding Two Different Structures in the Dark Stable State of the Oxygen-Evolving Complex of Photosystem?II: Applicability of the Jahn-Teller Deformation Formula2017

    • 著者名/発表者名
      Shoji Mitsuo、Isobe Hiroshi、Tanaka Ayako、Fukushima Yoshimasa、Kawakami Keisuke、Umena Yasufumi、Kamiya Nobuo、Nakajima Takahito、Yamaguchi Kizashi
    • 雑誌名

      ChemPhotoChem

      巻: 2 ページ: 257~270

    • DOI

      10.1002/cptc.201700162

  • [雑誌論文] Novel Features of Eukaryotic Photosystem II Revealed by Its Crystal Structure Analysis from a Red Alga2016

    • 著者名/発表者名
      Ago Hideo、Adachi Hideyuki、Umena Yasufumi、Tashiro Takayoshi、Kawakami Keisuke、Kamiya Nobuo、Tian Lirong、Han Guangye、Kuang Tingyun、Liu Zheyi、Wang Fangjun、Zou Hanfa、Enami Isao、Miyano Masashi、Shen Jian-Ren
    • 雑誌名

      Journal of Biological Chemistry

      巻: 291 ページ: 5676~5687

    • DOI

      10.1074/jbc.M115.711689

  • [雑誌論文] Light-induced hydrogen production by photosystem I?Pt nanoparticle conjugates immobilized in porous glass plate nanopores2016

    • 著者名/発表者名
      Noji Tomoyasu、Suzuki Takanao、Kondo Masaharu、Jin Teturo、Kawakami Keisuke、Mizuno Toshihisa、Oh-oka Hirozo、Ikeuchi Masahiko、Nango Mamoru、Amao Yutaka、Kamiya Nobuo、Dewa Takehisa
    • 雑誌名

      Research on Chemical Intermediates

      巻: 42 ページ: 7731~7742

    • DOI

      10.1007/s11164-016-2658-9

  • [学会発表] 天然光合成における水分解酸素発生光化学系IIの構造と機能2018

    • 著者名/発表者名
      神谷信夫
    • 学会等名
      化学会中長期企画
    • 招待講演
  • [学会発表] Attempt to prepare magnetically oriented microcrystal array of photosystem II for neutron diffraction2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Tabuchi, Keisuke Kawakami, Fumiko Kimura, Tsunehisa Kimura, Nobuo Kamiya
    • 学会等名
      植物生理学会
  • [学会発表] Function of light-driven water-splitting device immobilizing photosystem II inside porous glass plate2018

    • 著者名/発表者名
      Noji Tomoyasu, Ikeda Yusuke, Kawakami Keisuke, Jin Tetsuro, Kamiya Nobuo
    • 学会等名
      植物生理学会
  • [学会発表] 光化学系IIとガラスナノ空間を利用した高効率キノン光還元系の構築2018

    • 著者名/発表者名
      野地智康,池田有佑,川上恵典,神哲郎,神谷信夫
    • 学会等名
      ナノ学会
  • [学会発表] Flexibility and pH-dependence of oxygen-evolving complex in photosystem II found at extremely low X-ray doses2017

    • 著者名/発表者名
      Nobuo Kamiya, Ayako Tanaka, Shohei Daikou, Keisuke Kawakami, and Masayoshi Fukushima
    • 学会等名
      2017 International Conference on Artificial Photosynthesis
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Improvement of photosystem II activity in solution and nanopores inside porous glass2017

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Ikeda, Tomoyasu Noji, Keisuke Kawakami, Tetsuro Jin, Nobuo Kamiya
    • 学会等名
      2017 International Conference on Artificial Photosynthesis
    • 国際学会
  • [学会発表] Bond distances in the intact Mn4CaO5-cluster of oxygen-evolving photosystem II at 1.62 A resolution2017

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Kawakami, Naoto Inohara, Nobuo Kamiya
    • 学会等名
      2017 International Conference on Artificial Photosynthesis
    • 国際学会
  • [学会発表] Flexibility and pH-dependence of oxygen-evolving complex structure in photosystem II found at extremely low X-ray doses2017

    • 著者名/発表者名
      Nobuo Kamiya
    • 学会等名
      IGER International Symposium on Physics of Life
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Bond distances in the intact Mn4CaO5-cluster of oxygen-evolving photosystem II based on coordinate error2017

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Kawakami, , Naoto Inohara, Nobuo Kamiya
    • 学会等名
      Japan-France Joint Workshop on the Structure and Function of Photosystem II
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 光合成で働くタンパク質分子の形と化学構造を放射光X線で見る2017

    • 著者名/発表者名
      神谷信夫
    • 学会等名
      第17回「桐蔭総合大学」
    • 招待講演
  • [学会発表] 光合成から人工光合成へ ー電気(電子)と化合物のはなしー2017

    • 著者名/発表者名
      神谷信夫
    • 学会等名
      大分スーパーサイエンスコンソーシアム「科学講演会」
    • 招待講演
  • [学会発表] Bond distances in the intact Mn4CaO5-cluster of oxygen-evolving photosystem II based on coordinate error2017

    • 著者名/発表者名
      川上恵典、猪原直人、神谷信夫
    • 学会等名
      植物生理学会
  • [学会発表] Improvement of photosystem II activity in solution and nanopores inside porous glass2017

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Ikeda, Tomoyasu Noji, Keisuke Kawakami, Tetsuro Jin, Nobuo Kamiya
    • 学会等名
      植物生理学会
  • [学会発表] 光化学系IIの中性子結晶構造解析に向けて2017

    • 著者名/発表者名
      田淵大輝,川上恵典,神谷信夫
    • 学会等名
      結晶学会
  • [学会発表] シアノバクテリア由来光合成超複合体におけるエネルギー伝達過程2017

    • 著者名/発表者名
      廣田悠真、藤本将吾、川上恵典、神谷信夫、小澄大輔
    • 学会等名
      光物性研究会
  • [学会発表] Two alternative structures of oxygen-evolving complex in photosystem II revealed by X-ray crystallography at extremely low doses2016

    • 著者名/発表者名
      Nobuo Kamiya
    • 学会等名
      2016 Taiwan-Japan joint Symposium on Protein Crystallography
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Two alternative structures of oxygen-evolving complex in photosystem II found by X-ray crystallography at extremely low doses2016

    • 著者名/発表者名
      Nobuo Kamiya
    • 学会等名
      International Conference on Applied Crystallography
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Oxygen-evolving Porous Glass Plates Containing Photosynthetic Photosystem II Pigment-Protein Complex2016

    • 著者名/発表者名
      Tomoyasu Noji, Keisuke Kawakami, Jian-Ren Shen, Takehisa Dewa, Mamoru Nango, Nobuo Kamiya, Shigeru Itoh, Tetsuro Jin
    • 学会等名
      The 17th International Congress of Photolsynthesis Research
    • 国際学会
  • [学会発表] Two different structures of the oxygen-evolving complex in the same polypeptide frameworks of photosystem II2016

    • 著者名/発表者名
      Ayako Tanaka, Keisuke Kawakami, Yoshimasa Fukushima, Nobuo Kamiya
    • 学会等名
      The 17th International Congress of Photolsynthesis Research
    • 国際学会
  • [学会発表] Valences and radiation damage of four Mn atoms in photosystem II crystals revealed by anomalous diffraction analysis2016

    • 著者名/発表者名
      Yasufumi Umena, Keisuke Kawakami, Nobuo Kamiya, Jian-Ren Shen
    • 学会等名
      The 17th International Congress of Photolsynthesis Research
    • 国際学会
  • [学会発表] Manganese-depleted structure of oxygen-evolving photosystem II2016

    • 著者名/発表者名
      Erii Shimizu, Yuri Takeda, Keisuke Kawakami, Nobuo Kamiya
    • 学会等名
      The 17th International Congress of Photolsynthesis Research
    • 国際学会
  • [学会発表] The estimation of valences and radiation damage of four Mn atoms in photosystem II crystals using anomalous diffraction analysis2016

    • 著者名/発表者名
      Yasufumi Umena, Keisuke Kawakami, Nobuo Kamiya, Jian-Ren Shen
    • 学会等名
      12th International Conference on Biology and Synchrotorn Radiation
  • [学会発表] 水分解酸素発生光化学系Ⅱの反応機構解明と人工光合成に向けての課題2016

    • 著者名/発表者名
      神谷信夫
    • 学会等名
      光機能材料研究会第56回講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] 光化学系IIの酸素発生中心:Mn4CaO5クラスターの構造に対するX線フラックス密度依存性の評価2016

    • 著者名/発表者名
      神谷信夫
    • 学会等名
      新学術領域「人工光合成」第4回公開シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] 光合成で水を分解し酸素を発生する光化学系IIと人工光合成2016

    • 著者名/発表者名
      神谷信夫
    • 学会等名
      サイエンステクノフロンティアフォーラム
    • 招待講演
  • [学会発表] 光合成から人工光合成へ 電気(電子)と化合物のはなし2016

    • 著者名/発表者名
      神谷信夫
    • 学会等名
      半田高等学校記念講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] 光合成から人工光合成へ2016

    • 著者名/発表者名
      神谷信夫
    • 学会等名
      CSJ化学フェスタ
    • 招待講演
  • [学会発表] 放射光X線結晶構造解析による光合成・光化学系IIの水分解・酸素発生機構の解明2016

    • 著者名/発表者名
      神谷信夫、沈建仁
    • 学会等名
      7.日本結晶学会西川賞講演
    • 招待講演
  • [学会発表] 光化学系IIの酸素発生中心:Mn4CaO5クラスターの構造に対するX線フラックス密度依存性の評価2016

    • 著者名/発表者名
      田中絢子、福島佳優、川上恵典、神谷信夫
    • 学会等名
      新学術領域「人工光合成」第4回公開シンポジウム
  • [学会発表] 光化学系II複合体におけるMn4CaO5クラスターの解離構造2016

    • 著者名/発表者名
      清水恵理依、武田ゆり、川上恵典、神谷信夫
    • 学会等名
      植物生理学会
    • 招待講演
  • [学会発表] 光化学系IIの酸素発生活性の耐久性に及ぼす電子受容体キノンの効果2016

    • 著者名/発表者名
      池田 有佑, 野地 智康, 川上 恵典, 神谷 信夫
    • 学会等名
      植物生理学会
  • [学会発表] X-ray crystal structure and functional alteration of PsbZ-deleted photosystem II2016

    • 著者名/発表者名
      Yuri Kitashita, Kouhei Ueda, Keisuke Kawakami, Tomoyasu noji, Yasufumi Umena, Masako Iwai, Masahiko Ikeuchi, Jian-Ren Shen, Nobuo Kamiya
    • 学会等名
      植物生理学会
  • [学会発表] 光化学系IIの4つのMnの価数とX線による還元作用の検証2016

    • 著者名/発表者名
      梅名泰史, 川上恵典, 神谷信夫, 沈建仁
    • 学会等名
      光合成学会
  • [学会発表] 光化学系IIのMn4CaO5クラスターにおけるX線吸収線量当量依存性の評価2016

    • 著者名/発表者名
      田中絢子、福島佳優、川上恵典、神谷信夫
    • 学会等名
      蛋白質科学会
  • [学会発表] Proton transfer mechanisms in photosystem II: hybrid ab initio quantum mechanics study2016

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Nakamura, Jiyong Kang, Yasufumi Umena, Keisuke Kawakami, Shen Jian-Ren, Nobuo Kamiya, and Masaru Tateno
    • 学会等名
      蛋白質科学会
  • [学会発表] 光合成酸素発生触媒Mn4CaO5クラスターの還元および解離構造2016

    • 著者名/発表者名
      清水恵理依, 武田ゆり, 川上恵典, 神谷信夫
    • 学会等名
      結晶学会
  • [学会発表] 光化学系II複合体のpH低下に伴った構造変化2016

    • 著者名/発表者名
      大幸昇平, 田中絢子, 川上恵典, 福島佳優, 神谷信夫
    • 学会等名
      結晶学会

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公開日: 2018-12-17  

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