人工光合成反応中心複合体の創成と動作機構の解明

人工光合反应中心复合体的构建及其运行机制的阐明

基本信息

批准号：
04J08736
负责人：
柳和宏
金额：
$ 0.64万
依托单位：
Osaka City University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

高等植物・藻類・光合成細菌の光合成初期過程は,光合成膜に存在する数種類の色素蛋白複合体が担う.色素蛋白複合体の動作機構の解明には,構造と機能及び機構の3者の関係を明らかにしなければならない.そのためには,複合体の構造に対する理解のみならず,構成色素と周囲との分子間相互作用に対する理解が必要不可欠である.光合成反応中心複合体(RC)は,光エネルギーを電子とホールとに電荷分離する機能を持つ.RCの機能発現に重要な役割を果たす構成色素として,バクテリオクロロフィル二量体(P)・単量体,バクテリオフェオフィチン,キノン,カロテノイド(Car)が存在する.これら構成色素は,二つの分枝上(A, B分枝)に擬二回回転対称性を保つ形で配置されている.しかしながら,そのような対称性を持つにも関わらず,Pにおいて電荷分離した電子はA分枝のみを利用して移動する.Carはこの擬二回回転対称性を明らかに崩す形で存在する唯一の構成色素である.非対称電子移動の原因を完全に理解するため,対称性を崩す形で存在するCarが他の構成色素に及ぼす静電的影響を,本研究において調べた.Car欠損変異株(Rb.sphaeroides R26.1)由来の色素蛋白複合体と,R26.1に人工的にCarを再構築した人工光合成反応中心複合体とに対して電場変調吸収分光測定を行い比較検討した.その結果,Carの有無により,P周辺の静電的環境が約10%程変化することを世界で初めて明らかにした.Carの存在が複合体内部の静電的環境に対して何らかの影響を及ぼしていることを初めて明らかにした.又,従来の電場変調吸収分光測定によって得られる非線形光学パラメータ値と,蛋白質内部の静電的環境との対応関係を定式化することに成功し,構造と機能及び機構の相関関係を探る新たな研究戦略の基盤を確立し,成果を学術雑誌等に発表した.

高等植物，藻类和光合细菌的早期光合作用过程是由光合膜中存在的几种类型的色素蛋白复合物进行的。为了阐明色素蛋白复合物的运行机理，必须阐明结构，功能和机制之间的关系。为此，不仅要了解复合物的结构，而且要了解组成染料与周围环境之间的分子间相互作用。光合反应中心络合物（RC）具有将光能电荷分开为电子和孔的功能。细菌氯植物二聚体（P）和单体，噬菌蛋白，喹酮和类胡萝卜素（CAR）是在RC表达中起重要作用的组成染料。这些组成染料是电子以在B分支上维持伪两旋流对称性的形式排列的。然而，尽管这种对称性，但仅使用A分支移动电荷分离的电子。汽车是唯一以明显破坏这种伪两种旋转对称性的形式存在的组成染料。为了充分理解不对称电子转移的原因，我们研究了汽车的静电效应，这种静电效应以破坏对称性的形式存在于其他成分染料上。汽车不足突变体（rb。sphaeroides）。电场调节的吸收光谱在源自R26.1的色素蛋白复合物和人工光合反应中心复合物上进行了人工重建。结果，在世界上首次揭示了P周围的静电环境根据汽车的存在或不存在而变化约10％。还首次揭示了汽车的存在对综合体内的静电环境有一定影响。它也成功地制定了通过常规电场调制的吸收光谱和蛋白质内部的静电环境获得的非线性光学参数值之间的对应关系，为探索结构，功能和机制之间的新研究策略建立了基础，并在学术期刊和其他出版物中发布了结果，并将结果发布在结构，功能和机制之间。