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原子間力顕微鏡を用いた光合成アンテナ色素蛋白複合体超分子配置のイメージング

使用原子力显微镜对光合天线色素蛋白复合物的超分子排列进行成像

基本信息

批准号：
14654072
负责人：
橋本秀樹
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Osaka City University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

光合成細菌の光合成系は,二種類のアンテナ色素蛋白複合体(LH1及びLH2)と光反応中心(RC)の3つの色素蛋白複合体が,有機的に結合した超分子配置を形成することにより生理機能を発現している。光合成膜蛋白質の結晶構造解析の成功により,RC, LH1,LH1-RCコア複合体,LH2の構造が原子スケールで明らかにされつつある。つい最近、オランダ・英国・米国の研究グループが共同で、天然由来の光合成膜におけるLH2アンテナおよびRC-LH1コア複合体の超分子配列の原子間力顕微鏡(AFM)を用いたその場観察を実現し、その成果を本年8月24日発刊の学術雑誌Nature(430,1058-1062)に発表した。その報告を受けて,最終年度は,AFM測定に最適と考えられる平坦な光合成膜を持つ紅色光合成細菌、Rps. viridis及びRps. acidophilaに注目し,これらの光合成細菌からのRC-LH1コア複合体の調製と,精製したコア複合体をリン脂質2重層膜に再構築することに焦点を絞り,勢力的に研究を展開した。透過型電子顕微鏡を用いた観測により,人為的に再構築した人工光合成膜において,LH1複合体の直径10mmに対応する環状の構造体が細密充填構造(2次元結晶)を取り配列している画像を取得した。今後,同様の手法を用いて任意比率でLH2およびRC-LH1複合体を再構築することにより,光合成膜中における各アンテナ複合体間のコヒーレントなエネルギー伝達機構を解明するための,人工光合成膜試料の開発が可能となることが期待される。これと平行して,光合成細菌Rps. rubrumのLH1アンテナ色素蛋白複合体を,単量体ユニットに分解した後に,再び人為的に再構築して複合体を調製する手法を確立した。上述の人工光合成膜の調製技術と合わせる事で,色素系を改変した人工の光合成色素蛋白複合体の巨視的コヒーレンスの探索が可能となることが期待される。このように,本プロジェクトは当初計画を大きく上回る研究成果を達成して,終了することとなった。

The photosynthetic system of photosynthetic bacteria consists of two types of Antena pigment protein complexes (LH1 and LH2) and three types of pigment protein complexes of the light reflection center (RC), which are organically combined to form a supramolecular configuration. This enables physiological functions to be realized. Crystal structure analysis of photosynthetic membrane protein successfully,RC, LH1, LH1-RC complex, LH2 structure of atoms Recently, the field observation of supramolecular alignment of LH2 molecules and RC-LH1 complexes using atomic force microscopy (AFM) has been carried out in the United Kingdom and the United States, and the results are reported in the academic journal Nature(430, 1058 -1062) published on August 24 this year. According to the report, in the final year,AFM determined that the most suitable test was flat photosynthetic film, red photosynthetic bacteria, Rps. viridis and Rps. Acidophila is the focus of research on the modulation and purification of RC-LH1 complex by photosynthetic bacteria. The transmission electron microscope was used to measure the artificial reconstruction and artificial photosynthetic film formation. The LH1 complex with a diameter of 10mm and a ring structure with a fine filling structure (two-dimensional crystal) were arranged and imaged. In the future, the same method can be used to reconstruct the LH2 and RC-LH1 complexes at any ratio. The mechanism of the synthesis of the LH2 and RC-LH1 complexes in the photosynthetic membrane can be clarified. It is expected that the development of artificial photosynthetic membrane samples will be possible. Photosynthetic bacteria Rps. Rubrum's LH1 protein complex is a complex that can be decomposed and reconstructed artificially. The artificial photosynthetic membrane modulation technology mentioned above is expected to improve the pigment system and explore the macroscopic vision of artificial photosynthetic pigment protein complex. The results of this study were achieved in the first half of the year.