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2016 年度 実績報告書

Photosystem IIプロトン移動経路の全容解明

研究課題

研究課題/領域番号 26711008
研究機関東京大学

研究代表者

石北 央  東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (00508111)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード人工光合成 / プロトン移動 / 光化学系II
研究実績の概要

「地上に降り注ぐ太陽光から有益なエネルギー源となる物質を生産する」という人工光合成の実現は、光化学系II (Photosystem II,PSII)の立体構造(Umena, Kawakami, Shen, Kamiya. Nature (2011))解明により、ますます現実味を帯びてきた。分子構造がわかれば原子間相互作用を解析することでその分子が行う化学反応の様子も見ることができるからである。一方で得られた結晶構造を眺めるだけの研究手法では理解に限界がある。本研究では、PSII結晶構造を分子化学の立場で、理論化学的手法を用いて解析することで、PSII水分解・酸素発生反応機構の解明を目指した。
PSIIのプロトン移動経路と基質水分子取り込み経路は、蛋白質内部のチャネル空間に存在する水分子ネットワークで構成されている可能性が高い。そこで、今年度はPSII蛋白質の触媒部位Mn4CaO5と蛋白質表面を結ぶチャネル空間を全て明らかにした。このチャネル空間は、シアノバクテリア由来のPSII結晶構造と高等植物由来のPSII結晶構造の両者で解析した。
また、PSIIのプロトン移動は電子移動と連動して起こる。電子移動経路のエナジェティクスも明らかにするため、モデル蛋白質の電子移動経路中のコファクター酸化還元電位を計算し、電位を得ることに成功した。今後はPSII蛋白質において同様に電子移動の解析も行う予定である。

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。

次年度使用額が生じた理由

28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

28年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 7件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 4件、 招待講演 6件)

  • [雑誌論文] pKa of ubiquinone, menaquinone, phylloquinone, plastoquinone, and rhodoquinone in aqueous solution2017

    • 著者名/発表者名
      Ryo Hasegawa, Keisuke Saito, Tomohiro Takaoka, and Hiroshi Ishikita*
    • 雑誌名

      Photosynth. Res.

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1007/s11120-017-0382-y

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Electron transfer pathways in a multi-heme cytochrome MtrF2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi C. Watanabe, Yuki Yamashita, and Hiroshi Ishikita*
    • 雑誌名

      Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.

      巻: 114 ページ: 2916-2921

    • DOI

      10.1073/pnas.1617615114

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Structurally conserved channels in cyanobacterial and plant photosystem II2017

    • 著者名/発表者名
      Naoki Sakashita, Hiroshi C. Watanabe, Takuya Ikeda, and Hiroshi Ishikita*
    • 雑誌名

      Photosynth. Res.

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1007/s11120-017-0347-1

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A single amino acid mutation converts (R)-5-diphosphomevalonate decarboxylase into a kinase2017

    • 著者名/発表者名
      Kento Motoyama, Hideaki Unno, Ai Hattori, Tomohiro Takaoka, Hiroshi Ishikita, Hiroshi Kawaide, Tohru Yoshimura, and Hisashi Hemmi*
    • 雑誌名

      J. Biol. Chem.

      巻: 292 ページ: 2457-2469

    • DOI

      10.1074/jbc.M116.752535

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] マルチへムシトクロムMtrFの電子移動経路2017

    • 著者名/発表者名
      1.渡邉宙志、山下雄己、石北 央
    • 雑誌名

      生物物理

      巻: 331 ページ: 印刷中

    • DOI

      in press

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Energetics of the proton transfer pathway for tyrosine D in photosystem II2016

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Saito*, Naoki Sakashita, and Hiroshi Ishikita
    • 雑誌名

      Aust. J. Chem.

      巻: 69 ページ: 991-998

    • DOI

      10.1071/CH16248

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] pKa of a proton conducting water chain in photosystem II2016

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Takaoka, Naoki Sakashita, Keisuke Saito, and Hiroshi Ishikita*
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. Lett.

      巻: 7 ページ: 1925-1932

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.6b00656

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Water-splitting enzyme photosystem II, a model for artificial photosynthesis2016

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Ishikita
    • 学会等名
      UK-Japanese Frontiers of Science Symposium (UK-Japan FoS 日英先端科学シンポジウム)
    • 発表場所
      Chicheley Hall, UK
    • 年月日
      2016-11-07 – 2016-11-09
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Energetics of proton release on the first oxidation step in the water oxidizing enzyme2016

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Ishikita
    • 学会等名
      International Conference on Photochemical Conversion and Storage of Solar Energy
    • 発表場所
      Saint-Petersburg, Russia
    • 年月日
      2016-07-24 – 2016-07-29
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Proton transfer reactions in water oxidizing enzyme Photosystem II2016

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Ishikita
    • 学会等名
      Protein Electrostatics Berlin 2016
    • 発表場所
      Berlin, Germany
    • 年月日
      2016-07-19 – 2016-07-21
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 電子伝達蛋白質がつなぐもの2016

    • 著者名/発表者名
      石北 央
    • 学会等名
      生物工学若手研究者の集い(若手会)・夏のセミナー
    • 発表場所
      ホテルコンチネンタル府中
    • 年月日
      2016-07-16 – 2016-07-17
    • 招待講演
  • [学会発表] Energetics of proton release on the first oxidation step in the water oxidizing enzyme2016

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Ishikita
    • 学会等名
      International Conference Photosynthesis Research for Sustainability
    • 発表場所
      Pushchino, Russia
    • 年月日
      2016-06-19 – 2016-06-26
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 光合成水分解反応に関わるphotosystem IIの結晶構造から言えるメカニズム2016

    • 著者名/発表者名
      石北 央
    • 学会等名
      第1回つくば-柏-本郷イノベーションコリドー・ナノバイオパネル「データ駆動科学、バイオロジーへの挑戦」
    • 発表場所
      東京大学 伊藤国際学術研究センター
    • 年月日
      2016-06-17
    • 招待講演

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公開日: 2018-01-16  

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