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2020 年度 実績報告書

極限的時間分解分光による光合成機能の分子レベル解明

公募研究

研究領域光合成分子機構の学理解明と時空間制御による革新的光ー物質変換系の創製
研究課題/領域番号 20H05108
研究機関熊本大学

研究代表者

小澄 大輔  熊本大学, 産業ナノマテリアル研究所, 准教授 (70613149)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
キーワード光合成 / 超高速現象 / エネルギー移動 / 電子コヒーレンス / 極超短光パルス
研究実績の概要

2020年度は、光合成初期反応過程において極限的時間領域で起こる超高速光誘起現象を分子レベルで解明することを目的とした。すなわち、光合成色素タンパク複合体に結合する色素分子とその周辺環境との相互作用を反映する電子・振動コヒーレンスの実時間計測が可能な高感度サブ10フェムト秒コヒーレント分光計測装置を構築し、光合成色素タンパク複合体の計測を行った。また、各種時間分解分光計測をあわせて行うことで、幅広い時間スケールをカバ―し、光合成機能の統一的解明を行った。具体的には(1)可視から近赤外波長域におけるサブ10フェムト秒光パルス発生技術の改良及びそれを用いたコヒーレント分光計測、(2)ピコ秒時間分解発光分光及び100フェムト秒ポンプ・プローブ分光計測を行った。
(1)これまで用いていた中空糸ファイバーパルス圧縮器による近赤外サブ10フェムト秒光パルス発生技術に加えて、非同軸光パラメトリック増幅器と広帯域チャープミラーを使用することで、可視域における波長可変サブ10フェムト秒光パルス発生とそれを利用したコヒーレント分光計測を実現した。
(2)これまで構築した高感度及び室温から液体窒素温度まで可変で測定可能な分光計測装置を用い、シアノバクテリア、紅藻、渦鞭毛藻類由来の光合成アンテナ色素タンパク複合体の光捕集過程を解明した。また、シアノバクテリア、紅藻、緑色硫黄細菌、ヘリオバクテリア由来の電子伝達系におけるエネルギー伝達・電子伝達過程を解明した。

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

目的としていたサブ10フェムト秒光パルス発生及びそれを用いたコヒーレント分光計測装置が完成し、稼働状態となった。また、様々な生物種由来の光合成アンテナ、電子伝達系について、ピコ秒時間分解発光分光及び100フェムト秒ポンプ・プローブ分光計測を行うことで、光合成過程の全容解明に近づいた。

今後の研究の推進方策

コヒーレント分光計測では、これまで確立した極超短光パルス発生手法をさらに改良し、パルス幅を5フェムト秒程度まで圧縮し、時間分解能の向上を目指す。ピコ秒時間分解発光分光及び100フェムト秒ポンプ・プローブ分光計測では現在、室温から液体窒素温度まで可変で測定を行うことができるので、新学術領域内研究者に測定装置を共有し、新たな融合研究を目指す。

  • 研究成果

    (19件)

すべて 2020 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Anaerobic energy dissipation by glycosylated carotenoids in the green sulfur bacterium Chlorobaculum tepidum2020

    • 著者名/発表者名
      Azai Chihiro、Harada Jiro、Fujimoto Shogo、Masuda Shinji、Kosumi Daisuke
    • 雑誌名

      Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry

      巻: 403 ページ: 112828~112828

    • DOI

      10.1016/j.jphotochem.2020.112828

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electron-transfer behaviors between photoexcited metal complex and methyl viologen codoped in ionic nanospheres2020

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto Hayata、Taomoto Mayuka、Ito Akitaka、Kosumi Daisuke
    • 雑誌名

      Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry

      巻: 401 ページ: 112771~112771

    • DOI

      10.1016/j.jphotochem.2020.112771

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Energy transfer and primary charge separation upon selective femtosecond excitation at 810 nm in the reaction center complex from Heliobacterium modesticaldum2020

    • 著者名/発表者名
      Kojima Risa、Yamamoto Hayata、Azai Chihiro、Uragami Chiasa、Hashimoto Hideki、Kosumi Daisuke、Oh-oka Hirozo
    • 雑誌名

      Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry

      巻: 401 ページ: 112758~112758

    • DOI

      10.1016/j.jphotochem.2020.112758

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Solvent vapor-induced polarity and ferroelectricity switching2020

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Fumiya、Akiyoshi Ryohei、Kosumi Daisuke、Nakamura Masaaki、Lindoy Leonard F.、Hayami Shinya
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 56 ページ: 10509~10512

    • DOI

      10.1039/d0cc04497k

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Photoprotective mechanisms in the core LH1 antenna pigment-protein complex from the purple photosynthetic bacterium, Rhodospirillum rubrum2020

    • 著者名/発表者名
      Uragami Chiasa、Sato Hiroki、Yukihira Nao、Fujiwara Masazumi、Kosumi Daisuke、Gardiner Alastair T.、Cogdell Richard J.、Hashimoto Hideki
    • 雑誌名

      Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry

      巻: 400 ページ: 112628~112628

    • DOI

      10.1016/j.jphotochem.2020.112628

    • 査読あり
  • [学会発表] 渦鞭毛藻光合成アンテナにおける超高速エネルギー伝達ダイナミクス2020

    • 著者名/発表者名
      木田雅俊, 山元颯太, 川上恵典, 内田博子, 村上明男, 神谷信夫, 小澄大輔
    • 学会等名
      第31回光物性研究会
  • [学会発表] シアノバクテリア光化学系I,IIにおけるカロテノイドからクロロフィルへのエネルギー伝達ダイナミクス2020

    • 著者名/発表者名
      野原大暉, 加藤駿弥, 芹川広樹, 川上恵典, 神谷信夫, 小澄大輔
    • 学会等名
      第31回光物性研究会
  • [学会発表] ナノイオンキャリアによる人工光合成実現に向けた電子伝達系の構築とその伝達過程の解明2020

    • 著者名/発表者名
      山元颯太, 垰本真有華, 伊藤亮孝, 小澄大輔
    • 学会等名
      第31回光物性研究会
  • [学会発表] Electron- and Energy-Transfer Dynamics Between Cationic Species Coping in Ionic Nanospheres2020

    • 著者名/発表者名
      Hayata Yamamoto, Mayuka Taomoto, Akitaka Itho, Daisuke Kosumi
    • 学会等名
      The 15th International Student Conference of Advanced Science and Technology
    • 国際学会
  • [学会発表] Energy transfer in PSI from cyanobacterium, red alga, and dinoflagellate2020

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Serikawa, Hayata Yamamoto, Keisuke Kawakami, Hiroko Uchida, Akio Murakami, Kimiko Nagayoshi, Toshinari Kuroki, Susumu Takio, Nobuo Kamiya, Daisuke Kosumi
    • 学会等名
      第58回日本生物物理学会年会
  • [学会発表] Studies on excitation energy transfer and primary charge separation in the reaction center complex from Heliobacterium modesticaldum2020

    • 著者名/発表者名
      Risa Kojima, Hayata Yamamoto, Chihiro Azai, Chiasa Uragami, Hideki Hashimoto, Daisuke Kosumi, Hirozao Oh-oka
    • 学会等名
      第58回日本生物物理学会年会
  • [学会発表] Spectroscopic properties and energy transfer dynamics of two different forms of acpPC from dinoflagellate Symbiodinium2020

    • 著者名/発表者名
      Hayata Yamamoto, Keisuke Kawakami, Hiroko Uchida, Akio Murakami, Nobuo Kamiya, Daisuke Kosumi
    • 学会等名
      第58回日本生物物理学会年会
  • [学会発表] 渦鞭毛藻Symbiodiniumから調製した光合成アンテナacpPCにおける二種のカロテノイドに起因したエネルギー伝達ダイナミクスの励起波長依存性2020

    • 著者名/発表者名
      山元颯太, 川上恵典, 内田博子, 村上明男, 神谷信夫, 小澄大輔
    • 学会等名
      分子科学オンライン討論会
  • [学会発表] 光化学系Iで起こるカロテノイドからクロロフィルへのエネルギー伝達におけるレッドクロロフィルの役割2020

    • 著者名/発表者名
      芹川広樹, 山元颯太, 川上恵典, 内田博子, 村上明男, 永吉紀美子, 黒木敏成, 瀧尾進, 神谷信夫, 小澄大輔
    • 学会等名
      分子科学オンライン討論会
  • [学会発表] 局所空間に集積されたRu(II)錯体-MV2+間の電子伝達ダイナミクス2020

    • 著者名/発表者名
      山元颯太, 垰本真有華, 伊藤亮孝, 小澄大輔
    • 学会等名
      2020年web光化学討論会
  • [学会発表] 渦鞭毛藻Symbiodinium由来光合成アンテナacpPCにおける超高速エネルギー伝達2020

    • 著者名/発表者名
      山元颯太, 川上恵典, 内田博子, 村上明男, 神谷信夫, 小澄大輔
    • 学会等名
      2020年web光化学討論会
  • [学会発表] シアノバクテリアThermosynechococcus vulcanus由来光合成アンテナ超複合体フィコビリソームにおけるエネルギー伝達機構の解明2020

    • 著者名/発表者名
      廣田悠真, 芹川広樹, 上野雅仁, 川上恵典, 神谷信夫, 小澄大輔
    • 学会等名
      2020年web光化学討論会
  • [学会発表] 光化学系Iにおけるレッドクロロフィルの役割: カロテノイド―クロロフィルのエネルギー伝達からの考察2020

    • 著者名/発表者名
      芹川広樹, 山元颯太, 川上恵典, 内田博子, 村上明男, 神谷信夫, 小澄大輔
    • 学会等名
      2020年web光化学討論会
  • [備考] 研究者webページ

    • URL

      http://phys.iina.kumamoto-u.ac.jp/kosumi/index-j.html

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公開日: 2021-12-27  

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