超高速１分子スペクトル分光法で探る生体光反応の機能的ロバスト性

本研究課題では、１分子感度の過渡吸収スペクトル顕微鏡を開発し、緑色硫黄細菌の光合成光捕集に関わるエネルギー移動過程を揺らぎ成分も含めて解析する。そこで初年度となる当該年度は光学測定系の開発から進めた。ノイズ軽減化のために様々な改良を行い、高感度吸収顕微鏡を完成させた。光合成反応中心タンパク質の一種であるPS I RCを１粒子レベルで測定し、蛍光と吸収の同時イメージングに成功した。さらに、フェムト秒レーザーと遅延光学系などの過渡吸収システムを組み込み、高感度過渡吸収顕微鏡の構築も行った。本研究課題の最終目標は、緑色硫黄細菌が持つ巨大な光捕集アンテナ複合体・クロロソーム、光捕集アンテナタンパク質・FMO、反応中心タンパク質・RCのエネルギー移動過程を包括的に議論することにある。そこでまずは単離精製したクロロソームを対象に１粒子過渡吸収解析を行った。pump波長を720 nm、probe波長を770 nmに設定して過渡吸収測定を行い、サブピコ秒時間スケールの超高速エネルギー移動の１粒子解析に成功した。複数のクロロソーム粒子でエネルギー移動の時定数を見積もり、それらを統計解析した。粒子毎に時定数が大きくバラつき、いくつかの時定数成分の間で相関があることも明らかにした。このように、超高速エネルギー移動の時定数の不均一性や相関性の定量解析に初めて成功した。今後の発展研究として遺伝子変異体を用いた実験を計画しており、クロロソームの微細構造に変異を加えることでエネルギー移動の不均一性にどのような影響がでるのかを解析し、光捕集機能のロバスト性の議論へと展開させたいと考えている。これらに加え、フーリエ分光測定系の構築も行い、スペクトル情報の取得に成功している。次年度以降は、スペクトル分光まで可能になるよう装置改良を行い、FMOやRCも含めた１粒子過渡吸収スペクトル分光を実現させる。

本研究課題では、１分子感度の過渡吸収スペクトル顕微鏡を開発し、緑色硫黄細菌の光合成光捕集に関わるエネルギー移動過程を揺らぎ成分も含めて解析する。そこで初年度となる当該年度は光学測定系の開発から進めた。ノイズ軽減化のために様々な改良を行い、高感度吸収顕微鏡を完成させた。光合成反応中心タンパク質の一種であるPS I RCを１粒子レベルで測定し、蛍光と吸収の同時イメージングに成功した。さらに、フェムト秒レーザーと遅延光学系などの過渡吸収システムを組み込み、高感度過渡吸収顕微鏡の構築も行った。本研究課題の最終目標は、緑色硫黄細菌が持つ巨大な光捕集アンテナ複合体・クロロソーム、光捕集アンテナタンパク質・FMO、反応中心タンパク質・RCのエネルギー移動過程を包括的に議論することにある。そこでまずは単離精製したクロロソームを対象に１粒子過渡吸収解析を行った。pump波長を720 nm、probe波長を770 nmに設定して過渡吸収測定を行い、サブピコ秒時間スケールの超高速エネルギー移動の１粒子解析に成功した。複数のクロロソーム粒子でエネルギー移動の時定数を見積もり、それらを統計解析した。粒子毎に時定数が大きくバラつき、いくつかの時定数成分の間で相関があることも明らかにした。このように、超高速エネルギー移動の時定数の不均一性や相関性の定量解析に初めて成功した。今後の発展研究として遺伝子変異体を用いた実験を計画しており、クロロソームの微細構造に変異を加えることでエネルギー移動の不均一性にどのような影響がでるのかを解析し、光捕集機能のロバスト性の議論へと展開させたいと考えている。これらに加え、フーリエ分光測定系の構築も行い、スペクトル情報の取得に成功している。次年度以降は、スペクトル分光まで可能になるよう装置改良を行い、FMOやRCも含めた１粒子過渡吸収スペクトル分光を実現させる。