酸素発生反応を安定化させる光化学系ΙΙ表在性タンパク質の構造・機能・進化

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24370025
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 鞆 達也 東京理科大学, 理学部, 教授 (60300886)
• 研究分担者: 野口 巧 名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (60241246) ; 三野 広幸 名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (70300902)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 光化学系II / 酸素発生 / 多様性 / 表在性タンパク質

研究実績の概要

光合成光化学系IIは水を電子供与体とする超分子複合体である。水分解反応は光照射により反応中心クロロフィルが励起されカチオンが生じる。その空孔を埋めるために水分解により電子が供給されるが、その触媒部位は近年構造が詳細に明らかにされたMn4CaO5クラスターである。このMn4CaO5クラスターは光化学系II表在性タンパク質によって安定化されている。表在性タンパク質は種によって多様性があり、それぞれの機能を決定することが持続可能な光合成エネルギー変換に繋がる。
酸素発生型光合成原核生物であるシアノバクテリアの光化学系II表在性タンパク質はPsbO, PsbV, PsbUの３つであり、これらを取り除くと酸素発生活性が大幅に低下することが知られていた。しかし、その分子機構は不明であったため光誘起差FTIR法を用いて解析したところ、３種の表在性タンパク質を取り除くと、Mn4CaO5クラスター周囲のタンパク質の大きな変化が観測された、そこにPsbOを加えると構造の一部が回復し、３種の表在性タンパク質全部を加えると元の構造に戻ることが確認された。これらの回復はCaCl2濃度変化によって差がみられたことから、表在性タンパク質をタンパク質の構造変化ばかりでなく、Caイオン、Clイオンの保持にも影響を与えていると考えられた。
また、Mn酸化物による水分解反応について、その反応場を金や炭素に変えることによって高効率化に成功した。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Effects of Extrinsic Proteins on the Protein Conformation of the Oxygen-Evolving Center in Cyanobacterial Photosystem II As Revealed by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Ryo Nagao, Tatsuya Tomo, Takumi Noguchi
  • 雑誌名: BIOCHEMISTRY 巻: ５４ ページ: 2022-2031
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.5b00053
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Comparison of nano-sized Mn oxides with the Mn cluster of photosystem II as catalysts for water oxidation (2015)
  • 著者名/発表者名: Mohammad Mahdi Najafpour, Mohadeseh Zarei Ghobadi, Behzad Haghighi, Tatsuya Tomo,Jian-Ren Shen, Suleyman I. Allakhverdiev
  • 雑誌名: BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA-BIOENERGETICS 巻: 1847 ページ: 294-306
  • DOI: 10.1016/j.bbabio.2014.11.006
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Energy transfer in the chlorophyll f-containing cyanobacterium, Halomicronema hongdechloris, analyzed by time-resolved fluorescence spectroscopies (2015)
  • 著者名/発表者名: Seiji Akimoto, Toshiyuki Shinoda, Min Chen, Suleyman I. Allakhverdiev, Tatsuya Tomo
  • 雑誌名: Photosynthesis Research 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1007/s11120-015-0091-3
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Excitation relaxation dynamics and energy transfer in fucoxanthin-chlorophyll a/c-protein complexes, probed by time-resolved fluorescence (2014)
  • 著者名/発表者名: Seiji Akimoto, Ayaka Teshigahara, Makio Yokono, Mamoru Mimuro, Ryo Nagao, Tatsuya Tomo
  • 雑誌名: BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA-BIOENERGETICS 巻: 1837 ページ: 1514-1521
  • DOI: 10.1016/j.bbabio.2014.02.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Light-Harvesting Ability of the Fucoxanthin Chlorophyll a/c-Binding Protein Associated with Photosystem II from the Diatom Chaetoceros gracilis As Revealed by Picosecond Time-Resolved Fluorescence Spectroscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: Ryo Nagao, Makio Yokono, Ayaka Teshigahara, Seiji Akimoto, and Tatsuya Tomo
  • 雑誌名: JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B 巻: 118 ページ: 5093-5100
  • DOI: 10.1021/jp502035y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanostructured manganese oxide/carbon nanotubes, graphene and graphene oxide as water-oxidizing composites in artificial photosynthesis (2014)
  • 著者名/発表者名: Mohammad Mahdi Najafpour, Fahime Rahimi, Maryam Fathollahzadeh,Behzad Haghighi, Malgorzata Holynska, Tatsuya Tomo, Suleyman I. Allakhverdiev
  • 雑誌名: DALTON TRANSACTIONS 巻: 43 ページ: 10866-10876
  • DOI: 10.1039/c4dt01295j
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanolayered manganese oxide/C60 composite: a good water-oxidizing catalyst for artificial photosynthetic systems (2014)
  • 著者名/発表者名: Mohammad Mahdi Najafpour, Mahnaz Abasi, Tatsuya Tomo, Suleyman I. Allakhverdiev
  • 雑誌名: DALTON TRANSACTIONS 巻: 43 ページ: 12058-12064
  • DOI: 10.1039/c4dt00599f
  • 査読あり
• [雑誌論文] A nano-sized manganese oxide in a protein matrix as a natural water-oxidizing site (2014)
  • 著者名/発表者名: Mohammad Mahdi Najafpour, Mohadeseh Zarei Ghobadi, Tatsuya Tomo, Behzad Haghighi, Robert Carpentier, Jian-Ren Shen, Suleyman I. Allakhverdiev
  • 雑誌名: PLANT PHYSIOLOGY AND BIOCHEMISTRY 巻: 81 ページ: 3-15
  • DOI: 10.1016/j.plaphy.2014.01.020
  • 査読あり
• [雑誌論文] Water exchange in manganese-based water-oxidizing catalysts in photosynthetic systems: From the water-oxidizing complex in photosystem II to nano-sized manganese oxides (2014)
  • 著者名/発表者名: Mohammad Mahdi Najafpour, Mohsen Abbasi Isaloo, Julian J. Eaton-Rye, Tatsuya Tomo, Hiroshi Nishihara, Kimiyuki Satoh, Robert Carpentier, Jian-Ren Shen, Suleyman I. Allakhverdiev
  • 雑誌名: BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA-BIOENERGETICS 巻: 1837 ページ: 1395-1410
  • DOI: 10.1016/j.bbabio.2014.03.008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control Mechanism of Excitation Energy Transfer in a Complex Consisting of Photosystem II and Fucoxanthin Chlorophyll a/c-Binding Protein (2014)
  • 著者名/発表者名: Ryo Nagao, Makio Yokono, Tatsuya Tomo,and Seiji Akimoto
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry Letters 巻: 5 ページ: 2983-2987
  • DOI: 10.1021/jz501496p
  • 査読あり
• [雑誌論文] Energy transfer processes in chlorophyll f-containing cyanobacteria using time-resolved fluorescence spectroscopy on intact cells (2014)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Tomo, Toshiyuki Shinoda, Min Chen, Suleyman I. Allakhverdiev, Seiji Akimoto
  • 雑誌名: BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA-BIOENERGETICS 巻: 1937 ページ: 1484-1489
  • DOI: 10.1016/j.bbabio.2014.04.009
• [学会発表] Excitation energy transfer in thylakoid membranes from the chlorophyll f-containing cyanobacterium (2015)
  • 著者名/発表者名: Seiji Akimoto，Toshiyuki Shinoda，Min Chen，Suleyman I. Allakverdiev，Tatsuya Tomo
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年
  • 発表場所: 東京・東京農業大学
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] Symbiodinium minutum の光化学系I の性質 (2015)
  • 著者名/発表者名: 伊藤道俊，清水信介，鈴木健裕，堂前直，高橋俊一，鞆達也
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京・東京農業大学
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] 光化学系I・カーボンナノチューブ複合体作成の試み (2015)
  • 著者名/発表者名: 野沢陽佑，二井大輔，嶋田友一郎，鞆達也
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京・東京農業大学
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] Synechocystis sp. PCC 6803 における鉄-硫黄モチーフをもつ遺伝子欠損株の作製とその性質 (2015)
  • 著者名/発表者名: 澤田葵，池田翔一，長尾遼，土屋徹，鞆達也
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京・東京農業大学
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] 呼吸および葉緑体呼吸がプラストキノンプールの酸化還元状態に与える影響から見た藻類の多様性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 三角将洋，鞆達也，園池公毅
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京・東京農業大学
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] PSIIのプラストキノン結合部位の近傍に存在するホスファチジルグリセロール分子の役割 (2015)
  • 著者名/発表者名: 遠藤嘉一郎，水澤直樹，沈建仁，山田聖人，鞆達也，小松悠久，小林正美，小林康一，和田元
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京・東京農業大学
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] 共生藻Symbiodinium と一重項酸素発生との相関 (2015)
  • 著者名/発表者名: 野島淳寛，伊藤道俊，高橋俊一，鞆達也
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京・東京農業大学
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] 新奇Chlを持つシアノバクテリアより光化学系I標品単離精製と解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 篠田稔行、S. I. Allakhverdiev, Min Chen, 二井大輔、太田尚孝、秋本誠志、鞆達也
  • 学会等名: 第５６回日本植物生理学会
  • 発表場所: 東京・東京農業大学
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] カーボンナノチューブと形質転換したタンパク質複合体のペプチドアプタマー分子認識能を利用した複合体形成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 二井 大輔、野沢 陽佑、嶋田 友一郎、鞆 達也
  • 学会等名: 第４回日本生物物理学会関東支部会
  • 発表場所: 東京・日本大学文理学部
  • 年月日: 2015-03-09 – 2015-03-10
• [学会発表] Development of an artificial light-driven water splitting nano-device using photosynthetic proteins and metal nanoparticles (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Tahara, Kousuke Kawahara, Keisuke Namie, Natsuko Inoue, Ryo Nagao, Yuki Kato, Tatsuya Tomo, Yutaka Shibata, Hiroshi Fukumura, Yasuhiro Kashino, Takumi Noguch
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] Construction of a photochemical system using PSII and a molecular wire equipped with a platinum nanoparticle (2014)
  • 著者名/発表者名: Shu IKEHIRA, Mariko MIYACHI, Kyoko OKUZONO, Yoshinori YAMANOI, Tatsuya TOMO,Hiroshi NISHIHARA
  • 学会等名: International Meeting “Photosynthesis Research for Sustainability- 2014”
  • 発表場所: Pushchino, Russia
  • 年月日: 2014-06-02 – 2014-06-07
• [学会発表] FUNCTION AND CHARACTERIZATION OF PHOTOSYSTEM II EXTRINSIC PROTEIN PSBQ′ (2014)
  • 著者名/発表者名: Masato YAMADA, Tatsuya TOMO
  • 学会等名: International Meeting “Photosynthesis Research for Sustainability- 2014”
  • 発表場所: Pushchino, Russia
  • 年月日: 2014-06-02 – 2014-06-07
• [学会発表] SPECTROSCOPIC ANALYSIS OF CHLOROPHYLL f CONTAINING CYANOBACTERIA (2014)
  • 著者名/発表者名: Toshiyuki SHINODA, Daisuke NII, Tatsuya TOMO, Seiji AKIMOTO, Min CHEN5, Hisataka OHTA, Suleyman I. ALLAKHVERDIEV
  • 学会等名: International Meeting “Photosynthesis Research for Sustainability - 2014”
  • 発表場所: Pushchino, Russia
  • 年月日: 2014-06-02 – 2014-06-07
• [学会発表] DIVERSITY OF CHLOROPHYLLS IN PHOTOSYNTHESIS (2014)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya TOMO, Seiji AKIMOTO, Suleyman I. ALLAKHVERDIEV
  • 学会等名: International Meeting “Photosynthesis Research for Sustainability- 2014”
  • 発表場所: Pushchino, Russia
  • 年月日: 2014-06-02 – 2014-06-07
  • 招待講演
• [学会発表] 新規クロロフィルを持つシアノバクテリアより光化学系I標品単離の試み (2014)
  • 著者名/発表者名: 篠田 稔行、秋本 誠志、二井 大輔、太田 尚孝、鞆 達也
  • 学会等名: 第５回日本光合成学会年会
  • 発表場所: 奈良・近畿大学農学部
  • 年月日: 2014-06-02 – 2014-06-07
• [学会発表] 光合成タンパク質と金属ナノ粒子による水素発生人工光合成ナノデバイスの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田原一輝、河原弘典、浪江慶祐、井上名津子、長尾遼、加藤祐樹、鞆達也、柴田穣、福村裕史、菓子野康浩、野口巧
  • 学会等名: 第５回日本光合成学会年会
  • 発表場所: 奈良・近畿大学農
  • 年月日: 2014-06-02 – 2014-06-07
• [学会発表] ホスファチジルグリセロール結合部位の改変が光化学系IIに及ぼす影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 遠藤 嘉一郎、水澤 直樹、沈 建仁、山田 聖人、鞆 達也、小林 康一、和田 元
  • 学会等名: 第５回日本光合成学会年会
  • 発表場所: 奈良・近畿大学農
  • 年月日: 2014-06-02 – 2014-06-07
• [学会発表] 藻類の多様性と光化学系 (2014)
  • 著者名/発表者名: 鞆 達也
  • 学会等名: 第５回日本光合成学会年会
  • 発表場所: 奈良・近畿大学農
  • 年月日: 2014-06-02 – 2014-06-07
  • 招待講演
• [図書] Contemporary problems of photosynthesis Vol. II, The Divergence of Chlorophyll and Photosynthetic Reactions in Chlorophyll d-Containing Cyanobacteria (2014)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Tomo, Suleyman I. Allakhverdiev
  • 総ページ数: 115-139
  • 出版者: Izhevsk Institute of Computer Sciecne (Moscow)