電極界面修飾を利用する光合成反応中心電子伝達鎖の光レドックス特性解明

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15033214
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 渡辺 正 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (70092385)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉田 章一郎 東京大学, 生産技術研究所, 助手 (40111570)
• Keywords: 光合成 / クロロフィル / 反応中心 / タンパク質 / レドックス電位 / 電気化学 / 分光電気化学 / 電子伝達分子

Research Abstract

光合成初期過程の高効率光エネルギー変換を担う「反応中心」コア複合体につき,主要な電子伝達分子(クロロフィル類,キノン類)が生体内で有するレドックス電位を直接計測し,高効率光変換の背景をなす機能分子群のエネルギー準位チューニングを明るみに出すことを目的に研究を進めた。高等植物,緑藻,ラン藻類などの光合成器官から分画した光化学系Iタンパク質複合体を試料とし,チオールで表面修飾した金メッシュ電極と薄層電解セル(容積0.2 mL以下)を用いる分光電気化学計測システムを設計・試作した。金メッシュ電極(作用極)に印加する電位を変化させつつ可視〜近赤外部における試料の吸収スペクトルを一連に計測したところ,完全に可逆なP700の一電子酸化・再還元を観測することができ,その結果,過去40年にわたる報告値に160 mVほどのバラツキがあったP700のレドックス電位を誤差2 mV以内で精密に測定することに成功した。これを基礎として,約10種類の酸素発生型光合成生物の光化学系I標品につき予備的な計測を行ったところ,P700のレドックス電位が生物種により大きく異なり,ほぼ4種類のグループ(Gloeobacter=約+400 mV vs. SHE ; Thermosynechococcus elongatus, Spirulina=約+430 mV vs. SHE ; Synchocystis PCC6301 & 6803, Anabaena, Chlorella=約+450mV vs. SHE ; spinach=約+470 mV vs. SHE)に分類できること,その序列が進化系統樹(またはP700近傍に存在するアミノ酸残基)を反映することを示唆する結果を得た。

Research Products

• [Publications] S.Thanachasai, S.Yoshida, T.Watanabe: "Effects of Fabrication Parameters on the Enzyme Loading and Sensor Performance Of Enzyme-Carrying Conductive Polymer Electrodes"Analytical Sciences. 19・5. 665-669 (2003)
• [Publications] A.Nakamura, M.Akai, E.Yoshida, T.Watanabe: "Reversed-phase HPLC Determination of Chlorophyll a' and Phylloquinone in Photosystem I of Oxygenic Photosynthetic Organisms. Universal Existence of One Chlorophyll a' Molecule in Photosystem I"European Journal of Biochemistry. 270・11. 2446-2458 (2003)
• [Publications] E.Yoshida, A.Nakamura, T.Watanabe: "Reversed-phase HPLC Determination of Chlorophyll a' and Naphthoquinones in Photosystem I of Red Algae Existence of Two Menaquinone-4 Molecules in Photosystem I of Cyanidium caldarium"Analytical Sciences. 19・7. 1001-1005 (2003)
• [Publications] 渡辺 正(編著): "バイオに学び,バイオを超える"日本評論社. 250 (2003)