光合成膜タンパク質集合体により駆動する光エネルギー変換人工オルガネラ

2022 年度 実績報告書

• 研究領域: 生物を陵駕する無細胞分子システムのボトムアップ構築学
• 研究課題/領域番号: 22H05416
• 研究機関: 名古屋工業大学
• 研究代表者: 出羽 毅久 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70335082)
• 研究期間 (年度): 2022-06-16 – 2024-03-31
• キーワード: 光エネルギー変換 / 光合成 / 光収穫系複合体

研究実績の概要

光合成の初期過程である光収穫ー電荷分離反応を人工系で駆動させ、光ー水素変換システムの構築を目指す。今年度は光収穫能の増強を目的とし、光重合したリン脂質（Diyne-PC）が紅色光合成細菌の光収穫系複合体２（LH2）に対してエネルギードナーとなるシステムの構築を行なった。固体薄膜状あるいは小胞状のDiyne-PCに対して、UV照射により光重合を行なった。光照射時間が長くなるにつれ溶液の色調が変化し、黄色から無色になると蛍光発色性となることが明らかとなった。光反応条件を最適化し、その分光学的特性を明らかにした。このように重合したDiyne-PC脂質が形成する脂質二分子膜中にLH2を再構成することができた。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

紫外線照射による光重合性脂質の重合反応は従来低圧水銀ランプの254nmで反応が進行するが、水銀ランプの製造販売の世界的な制限により入手不可能となった。代わりにUV照射装置を導入したが、254nmの強度が極めて低く、反応を制御することに試行錯誤を要した。

今後の研究の推進方策

光重合したDiyne-PC中への膜タンパク質の導入（再構成）効率を超遠心法により明らかにし、Diyne-PCの重合相からLH2へのエネルギー移動を調査する。
その後反応中心複合体のLH1-RCを同様にDiyne-PCに再構成し、LH1-RCの光触媒反応によるキノンからヒドロキノンへの変換反応を駆動させる。

研究成果

• [国際共同研究] University of Leeds(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Leeds
• [雑誌論文] Atomic force microscopic analysis of the light-harvesting complex 2 from purple photosynthetic bacterium Thermochromatium tepidum (2023)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Morimoto, Haruna Hirao, Masaharu Kondo, Takehisa Dewa, Yukihiro Kimura, Zheng-Yu Wang-Otomo, Hitoshi Asakawa, Yoshitaka Saga
  • 雑誌名: Photosynth. Res. 巻: 157 ページ: 13-20
  • DOI: 10.1007/s11120-023-01010-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Determination of FRET Orientation Factor between Artificial Fluorophore and Photosynthetic Light-Harvesting 2 Complex (LH2) (2022)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro J. Fujimoto, Tomoya Miyashita, Takehisa Dewa, Takeshi Yanai
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 12 ページ: 15091
  • DOI: 10.1038/s41598-022-19375-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Energy Transfer Dynamics and Mechanism of Biohybrid Photosynthetic Antenna Complexes Chemically-Linked with Artificial Chromophores (2022)
  • 著者名/発表者名: usuke Yoneda, Tomoyasu Noji, Naoto Mizutani, Daiji Kato, Masaharu Kondo, Hiroshi Miyasaka, Yutaka Nagasawa, Takehisa Dewa
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 24 ページ: 24714 24726
  • DOI: 10.1039/d2cp02465a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Easy preparation of a liposome-mediated protein delivery system by freeze-thawing a liposome-protein complex (2022)
  • 著者名/発表者名: Koide, H.; Ochiai, H.; Suzuki, H.; Hirata, S.; Watanabe, M.; Yonezawa, S; Dewa, T.; Oku, N.; Asai, T.
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. B 巻: 10 ページ: 6768 6776
  • DOI: 10.1039/d2tb00271j
  • 査読あり
• [学会発表] Ultrafast Excitation Energy Transfer of Biohybrid Light-Harvesting Complex 2 (LH2) (2022)
  • 著者名/発表者名: Takehisa Dewa
  • 学会等名: 15th International Symposium on Nanomedicine (ISNM2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Biohybrid Approach for Constructing Ultrafast Excitation Energy Transfer Systems Using Photosynthetic Light-Harvesting Complexes (2022)
  • 著者名/発表者名: Takehisa Dewa
  • 学会等名: International Congress on Pure & Applied Chemistry Kota Kinabalu (ICPAC Kota Kinabalu 2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Enhanced Light Harvesting and Photocurrent Generation Activities of Purple Bacterial LH Complexes (2022)
  • 著者名/発表者名: Takehisa Dewa
  • 学会等名: Japan-UK joint project on the photosynthetic model membrane
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ultrafast Excitation Energy Transfer of Engineered Biohybrid Light-harvesting 2 Complex (LH2) with Extrinsic Chromophores (2022)
  • 著者名/発表者名: Takehisa Dewa, Masaya Kito, Tetsuya Yamamoto, Kazuki Hinago, Masaharu Kondo, Yutaka Nagasawa
  • 学会等名: 18th International Congress on Photosynthesis Research (ICPR2022) Dunedin New Zealand
  • 国際学会
• [学会発表] 蛍光色素分子から光捕集系タンパク質へのエネルキー移動と光電変換機能の評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 桑原 隼人 、近藤 政晴 、Ashley Hancock、Peter Adams、出羽 毅久
  • 学会等名: 第53回 中部化学関係学協会支部連合秋季大会
• [学会発表] 光合成膜タンパク質集合体により駆動する光エネルギー変換人工オルガネラ (2022)
  • 著者名/発表者名: 出羽毅久
  • 学会等名: 学術変革領域A「超越分子システム」第２回領域会議
• [学会発表] 光合成光収穫系複合体のアンテナ機能の増強 (2022)
  • 著者名/発表者名: 木本功明・笠木元気・長谷川馨・近藤政晴・出羽毅久
  • 学会等名: 学術変革領域A「超越分子システム」第２回領域会議
• [学会発表] リポソーム中に再構成した光収穫系１ー反応中心複合体(LH1-RC)と半導体光触媒による光反応系の構築 (2022)
  • 著者名/発表者名: 各務朱音・近藤政晴・鈴木肇・阿部竜・出羽毅久
  • 学会等名: 学術変革領域A「超越分子システム」第２回領域会議
• [学会発表] 光収穫系複合体(LH2)の機能拡張と超高速エネルギー移動 (2022)
  • 著者名/発表者名: 出羽毅久・鬼頭征也・山本哲也・米田勇祐・近藤政晴・宮坂博・長澤裕
  • 学会等名: 第 71 回高分子討論会
• [学会発表] バイオハイブリッド光収穫系複合体LH2の励起エネルギー移動 (2022)
  • 著者名/発表者名: 出羽毅久・鬼頭征也・山本哲也・米田勇祐・近藤政晴・宮坂博・長澤裕
  • 学会等名: 第３２回バイオ・高分子シンポジウム
• [学会発表] システインを導入した光収穫複合体(LH2)による超高速エネルギー移動系の制御 (2022)
  • 著者名/発表者名: 鬼頭征也、山本哲也、日名子一起、加藤大二、近藤政晴、長澤 裕、出羽毅久
  • 学会等名: 第２９回 光合成セミナー２０２２：反応中心と色素系の多様性
• [学会発表] 光捕集アンテナ複合体(LH2)とフラーレンとの複合化とその蛍光特性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 清水太賀、近藤政晴、出羽毅久
  • 学会等名: 第２９回 光合成セミナー２０２２：反応中心と色素系の多様性
• [学会発表] バイオハイブリッド光収穫系1-反応中心複合体(LH1-RC)のエネルギー移動および光電変換能 (2022)
  • 著者名/発表者名: 木本功明、笠木元気、近藤政晴、出羽毅久
  • 学会等名: 第２９回 光合成セミナー２０２２：反応中心と色素系の多様性
• [学会発表] 蛍光色素分子による光捕集系タンパク質LHCII の光電変換機能拡張 (2022)
  • 著者名/発表者名: 桑原隼人、近藤政晴、出羽毅久
  • 学会等名: 第２９回 光合成セミナー２０２２：反応中心と色素系の多様性
• [学会発表] 光収穫系1-反応中心複合体（LH1-RC）と半導体光触媒を用いた光化学反応系の構築 (2022)
  • 著者名/発表者名: 各務 朱音、近藤 政晴、出羽 毅久、鈴木 肇、阿部 竜
  • 学会等名: 第２９回 光合成セミナー２０２２：反応中心と色素系の多様性
• [学会発表] 光合成膜中で発現させた非天然型タンパク質による超分子複合体形成 (2022)
  • 著者名/発表者名: 鈴木康史、秦 潤奈、和田拓也、近藤政晴、出羽毅久
  • 学会等名: 第２９回 光合成セミナー２０２２：反応中心と色素系の多様性
• [学会発表] 光合成細菌中でのダンベル型人工膜タンパク質の発現 (2022)
  • 著者名/発表者名: 秦 潤奈、鈴木康史、和田拓也、近藤政晴、出羽毅久
  • 学会等名: 第２９回 光合成セミナー２０２２：反応中心と色素系の多様性
• [学会発表] 紅色光合成細菌内での人工膜タンパク質発現のための遺伝子設計 (2022)
  • 著者名/発表者名: 藤田悠作、平野佳穂、近藤政晴、出羽毅久
  • 学会等名: 第２９回 光合成セミナー２０２２：反応中心と色素系の多様性
• [学会発表] B850近傍に色素を導入したバイオハイブリッド光捕集アンテナLH2のエネルギー移動ダイナミクス (2022)
  • 著者名/発表者名: 長澤 裕、山本 哲也、日名子 一起・鬼頭 征也、近藤 政晴、出羽 毅久
  • 学会等名: 第12回日本光合成学会年会・公開シンポジウム
• [備考] 名古屋工業大学 研究者データベースシステム
  • URL: https://researcher.nitech.ac.jp/html/270_ja.html