クロロフィルを用いた自己集積型光応答ナノデバイスの構築

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14050096
• Research Institution: Ritsumeikan University
• Principal Investigator: 民秋 均 立命館大学, 理工学部, 教授 (00192641)
• Keywords: 光合成細菌 / アンテナ / クロロゾーム / クロロフィル / バクテリオクロロフィル / エネルギー移動 / 単一超分子分光 / ゾルゲル

Research Abstract

光合成細菌の膜外アンテナ部である天然クロロゾームを、単一器官のレベルで検討することで、その構造と機能について検討した。エバネッセント励起(458nm)によって、石英基板に吸着した単一のクロロゾームを可視化し、それらの蛍光スペクトルを測定することに世界で初めて成功した。また、AFM観察(コンタクトモード)で、輝点が単一クロロゾームに由来することも確認した。構成クロロフィル分子に同族体を持たない緑色非硫黄光合成細菌由来のクロロゾームは、個々のクロロゾーム由来の蛍光スペクトルのピーク位置やバンドの半値幅がほぼ同じであった。一方、4種類の同族体を有する緑色硫黄光合成細菌由来のクロロゾームではクロロゾーム個体間に大きな不均一性が存在した。同族体の存在と個々のクロロゾームの物性との関係を示唆する結果となった。
次に、天然型クロロフィルを模したより安定で調製しやすい亜鉛クロロフィルを合成し、Triton X-100のミセル中で自己会合させ、バクテリオクロロフィルモデル分子へのエネルギー移動系を、天然クロロゾームのモデル系として構築し、そのエネルギー移動過程を検討した。しかし、このような系は、水中での可逆なミセル形成を基にしているため、比較的不安定であり、界面に修飾することは難しい。そこで、より安定な自己集積系を目指して、ゾルゲル法を利用したミクロ不均一系を構築した。つまり、TritonX-100の代わりに、オクタデシルトリエトキシシランを用いることで、ミセル界面で架橋重合を行って、シロキサン被膜を調製した。このような系は、通常のミセルよりも安定で、微粒子としての取り扱いが可能であった。また、このような安定微粒子内でのエネルギー移動系の構築にも成功した。

Research Products

• [Publications] S.Yagai: "Regio-and Stereoisomeric Control of the Aggregation of Zinc-Chlorins Possessing Inverted Interactive Hydroxyl and Carbonyl Groups"J. Org. Chem.. 67. 49-58 (2002)
• [Publications] Y.Saga: "Fluorescence Emission Spectroscopy of Single Light-Harvesting Complex from Green Filamentous Photosynthetic Bacteria"J. Phys. Chem. B. 106. 1430-1433 (2002)
• [Publications] H.Tamiaki: "Aggregation of synthetic metallochlorins in hexane. A model of chlorosomal bacteriochlorophyll self-assemblies in green bacteria"Photosynth. Res.. 71. 59-67 (2002)
• [Publications] Y.Saga: "Self-Assembly of Zinc Chlorins in a Silicate Micelle Prepared by Sol-Gel Process"Bioorg. Med. Chem. Lett.. 12. 1229-1231 (2002)
• [Publications] Y.Saga: "Spectral Heterogeneity in Single Light-Harvesting Chlorosomes from Green Sulfur Photosynthetic Bacterium Chlorobium tepidum"Photochem. Photobiol.. 75. 433-436 (2002)
• [Publications] V.I.Prokhorenko: "Energy Transfer in Supramolecular Artificial Antenna Units of Synthetic Zinc Chlorins and Co-Aggregated Energy Traps. A Time-Resolved Fluorescence Study"J. Phys. Chem. B. 106. 5761-5768 (2002)
• [Publications] T.Mizoguchi: "Isolation and Structure Determination of a Complete Set of Bacteriochlorophyll-d Homologs and Epimers from a Green Sulfur Bacterium Chlorobium vibrioforme and Their Aggregation Properties in Hydrophobic Solvents"Photochem.Photobiol.Sci.. 1. 780-787 (2002)
• [Publications] T.Oba: "Which side of π-macrocycle plane of (bacterio)chlorophylls is favored for binding of the fifth ligand?"Photosynth.Res.. 74. 1-10 (2002)
• [Publications] H.Tamiaki: "Design of the artificial antenna system in photosynthesis"J.Photoscience. 9. 66-69 (2002)
• [Publications] Y.Saga: "Detection of bacteriochlorophyll-c containing species of green sulfur photosynthetic bacterium Chlorobium vibrioforme"J.Photoscience. 9. 341-343 (2002)
• [Publications] T.Mizoguchi: "Isolation and structural determination of a complete set of intact bacteriochlorophyll-d homologs and isomers from green sulfur bacterium Chlorobium vibrioforme and their aggregation properties in hydrophobic solvents"J.Photoscience. 9. 343-346 (2002)
• [Publications] T.Miyatake: "Self-assembly of amphiphilic zinc chloirns in an aqueous medium as a model for chlorosome of green photosynthetic bacteria"J.Photoscience. 9. 347-349 (2002)
• [Publications] M.Kunieda: "Self-aggregation of synthetic magnesium bacteriochlorins as a photosynthetic antenna model"J.Photoscience. 9. 353-355 (2002)
• [Publications] H.Morishita: "Synthesis and vibrational spectroscopic study of selectively 3^<1-^<18>O-labelled chlorophyll derivatives"J.Photoscience. 9. 356-358 (2002)
• [Publications] T.Oba: "Coordination chemistry of chlorophylls : Which side of the chlorin macrocycle is favored for the ligand coordination?"J.Photoscience. 9. 362-363 (2002)
• [Publications] T.Miyatake: "Synthesis of Self-Assembly of Amphiphilic Zinc Chlorins Possessing a 3^1-Hydroxy Group"Tetrahedron. 58. 9989-10000 (2002)