光エネルギー変換機能をもつ膜タンパク質/色素複合体の自己組織化とその機能相関

具有光能转换功能的膜蛋白/色素复合物的自组装及其功能关系

• 批准号: 15033236
• 负责人: 南後 守
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Nagoya Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15033236/
• 关键词: 光合成; アンテナ色素複合体; 自己組織化; 脂質二分子膜; 電極基板上; 光電変換

植物、光合成細菌などの光合成膜ではアンテナ(LH)系、光化学反応中心(RC)およびそれに続く電子伝達系が、光エネルギーから化学エネルギーへの効率の良い変換を行っている。この変換は、主として光合成膜中での諸種のタンパク質/色素複合体からなる超分子複合体で行われている。しかしながら、その複合体の構造と動的機能の関係は、分子レベルでまだ明らかではない。先に我々は、紅色光合成細菌R.rubrumおよびR.sphaeroidesから単離精製したLH1アンテナ系タンパク質(α-およびβ-体)あるいはそのモデルタンパク質を用いてバクテリオクロロフィル色素(BCh1a)の複合体の再構成を行い、その構造と機能の関係について検討を行った。そこで、本研究は、光合成膜での効率の良い光エネルギー変換機能をもつタンパク質/バクテリオクロロフィル色素複合体を人工的に組織化し、その複合体の動的な構造変化と対応した高効率な光電変換能について評価することを目的とした。ここでは、光合成細菌から単離精製した天然(LH1-RC)あるいは合成した疎水性タンパク質と諸種のクロロフィル誘導体との複合体形成を脂質二分子膜中および電極上で行った。そして、この複合体の形成と機能におよぼすタンパク質(LH1)の影響について検討した。R.rubrumおよびR.palustrisのアンテナ(LH1)ならびにそのコア複合体(LH1-RC)を3-アミノプロピルトリエトキシシラン(APS)で化学修飾したITO電極(APS-ITO)上で組織化した。その結果、天然と類似したアンテナ色素複合体の自己組織化化単分子膜をAPS-ITO電極上で安定に作成できることがわかった。つぎに、コア複合体(LH1-RC)の光電変換能について分光学的手法および電極応答から検討を行った。その結果、光電変換能は光波長に依存し、アンテナ色素複合体の構造に大きく依存することが認められた。また、アンテナ系タンパク質/色素複合体(LH1)に加えて反応中心(RC)を含むアンテナコア複合体の自己組織化をAu基板上で行い、その組織化と対応した光合成膜での効率の良い電子輸送システムの構築を検討した。

Plant, Photosynthetic bacteria, Photosynthetic membrane, Photochemical reaction center (RC), Photosynthetic electron transfer system, Photosynthetic bacteria, Photosynthetic film, Photosynthetic bacteria, Photosynthetic film, Photosynthetic bacteria, Photosynthetic film, Photosynthetic bacteria, Photosynthetic film, Photosynthetic bacteria, Photosynthetic bacteria, Photosynthetic film, Photosynthetic bacteria, Photosynthetic bacteria, Photosynthetic film, Photosynthetic bacteria, Photosynthetic In this way, the main body of the photosynthetic membrane can be divided into various kinds of protein/pigment complexes, supramolecular complexes, etc. The structure and function of the complex are related to the molecular structure. First of all, the red photosynthetic bacteria R.rubrum and R.sphaeroides were isolated and refined. The structure and function of LH1 was discussed. This study aims at improving the efficiency of photo-synthetic films and improving the photo-conversion function of photo-synthetic films. The artificial organization of photo-synthetic pigment complexes and the structural transformation of photo-synthetic pigment complexes are also discussed. Photosynthetic bacteria are isolated and purified from natural (LH1-RC) and synthesized in aqueous solutions. The complex is formed in lipid bilayers and on electrodes. Moreover, the impact of the LH1 substance on the formation and function of this complex has been discussed. R.rubrum is chemically modified on ITO electrode (APS-ITO) to form LH1-RC complex. As a result, the pigment complex is self-organized and stable on APS-ITO electrodes. The photoelectric conversion of the LH1-RC complex is carried out by means of optical separation and electrode detection. As a result, photoelectric conversion energy depends on the wavelength of light, and the structure of pigment complex depends on the wavelength of light. A study on the self-organization of the LH1/LH1 complex, including the reaction center (RC), and the structure of the LH1/LH1 photosynthetic film with high electron transport efficiency was conducted.

项目成果

Molecular assembly of manganese mesoporphyrin derivatives on a gold electrode and their electron transfer activity

金电极上锰中卟啉衍生物的分子组装及其电子转移活性

• 发表时间: 2005
• 期刊: Thin Solid Film 474
• 作者: T. Yamada;S. Kikushima;T. Hikita;S. Yabuki;M. Nagata;R. Umemura;M. Kondo;T. Ohtsukab;M. Nango
• 通讯作者: M. Nango

M.Nango: "New Chlorophylls, Chapter 28"Ed. Hugo Scheer, Kluwer Academic Publishers Netherlands. 8 (2003)

M.Nango：“新叶绿素，第 28 章”Ed。

Design and Expression of Cysteine-Bearing Hydrophobic Polypeptides and Their Self-Assembling Properties with Bacteriochlorophyll α Derivatives as a Mimic of Bacterial Photosynthetic Antenna Complexes. Effect of Steric Confinement and Orientation of the Po

带有半胱氨酸的疏水性多肽的设计和表达及其与细菌叶绿素 α 衍生物的自组装特性作为细菌光合天线复合物的立体限制和定向效应的模拟。

• 期刊: Biochemistry (In press)
• 作者: T.Dewa;T.Yamada;M.Ogawa;M.Sugimoto;T.Mizuno;K.Yoshida;Y.Nakao;M.Kondo;K.Iida;K.Yamashita;T.Tanaka;M.Nango
• 通讯作者: M.Nango

Near-IR Absorption and Fluorescence Spectra and AFM Observation of the Light-Harvesting 1 Complex on a Mica Substrate Refolded from the Subunit Light-Harvesting 1 Complexes of Photosynthetic Bacteria Rhodospirillum rubrum

光合细菌红色红螺菌亚基光捕获 1 复合物重折叠云母基底上光捕获 1 复合物的近红外吸收、荧光光谱和 AFM 观察

• 期刊: Langmuir (In press)
• 作者: K.Iida;J.Inagaki;K.Shinohara;Y.Suemori;M.Ogawa;T.Dewa;M.Nango
• 通讯作者: M.Nango

M.Nagata, Y.Yoshimura, J.Inagaki, Y.Suemori, K.Iida, T.Ohtsuka, M.Nango: "Construction and Photocurrent of Light-harvesting Polypeptides/Zinc Bacteriochlorophyll a Complex in Lipid Bilayers"Chem.Lett.. 852-853 (2003)

M.Nagata、Y.Yoshimura、J.Inagaki、Y.Suemori、K.Iida、T.Ohtsuka、M.Nango：“脂质双层中光捕获多肽/锌细菌叶绿素复合物的构建和光电流”Chem.Lett。