人工光合成を目指したタンパク質設計とその色素複合体の電極基盤上への組織化

人工光合作用的蛋白质设计及其色素复合物在电极基底上的组装

• 批准号: 13J07029
• 负责人: 酒井 俊亮
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Nagoya Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013 至 2014
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J07029/
• 关键词: 光合成; タンパク質; 色素; 電極基板; 再構成

本研究は光合成初期過程におけるエネルギー変換システムを模倣した、高効率な人工光合成デバイスの開発を目的としている。本研究で用いた光合成細菌の光合成膜中には光エネルギーを捕集する諸種の膜タンパク質/色素複合体が存在している。これらの複合体に含まれる色素分子は膜タンパク質によって距離や配向が制御されており、光合成初期過程でのエネルギー捕集を高効率に行うために最適化された構造であると考えられる。従って、これらのタンパク質/色素複合体の構造を人工的に再現することができれば、前述のような人工光合成デバイス開発のための礎となる事が期待できる。そこで、本研究ではタンパク質/色素複合体を構築するためのビルディングブロックとして、紅色光合成細菌の光捕集アンテナ(LH1複合体)を構成する膜タンパク質(LH1ポリペプチド)をモチーフとした諸種の組み換えタンパク質を遺伝子工学的手法により作製した。これらの組み換えタンパク質は天然のLH1ポリペプチドと同様に色素との複合体を形成でき、天然の複合体と同様にタンパク質によって色素の会合状態を制御できることが示された。また、タンパク質/色素複合体から電子を受け取る役割を持った電子伝達系タンパク質(シトクロムc6)も大腸菌発現系によって発現することに成功した。また、この電子伝達系タンパク質は光合成タンパク質/色素複合体である光化学系Iに電子を受け渡すことが確認できた。本研究で作成したこれらのアンテナ系タンパク質/色素複合体や電子伝達系タンパク質に、さらに酵素などを組み合わせることで、当初の目的である天然の光合成の機能を模倣した人工光合成デバイスの開発へと繋がることが期待できる。

This research aims to simulate the all-round transformation system during the initial process of photosynthesis and develop high-efficiency artificial photosynthesis devices. In this study, we found that there were many kinds of membrane protein/pigment complexes in the photosynthetic membrane of photosynthetic bacteria. The pigment molecules in the complex are optimized for the initial stage of photosynthesis and for high efficiency capture. The artificial reproduction of the structure of the pigment/pigment complex is expected to take place on the basis of the artificial photosynthesis. In this study, we established a method for the construction of LH1 complex, a phototrapping complex of red photosynthetic bacteria, and the construction of LH1 complex. The composition of the pigment is different from that of the natural pigment. The electron transfer system was successfully developed by the electron transfer and pigment complex, and the electron transfer system was successfully developed by the electron transfer and pigment complex. The electron transfer system was identified as a photochemical system. This study aims to simulate the natural photosynthetic function of artificial photosynthesis, and to develop a new type of photosynthetic enzyme.

项目成果

組み換え光合成膜タンパク質によるクロリン誘導体色素の基板上への組織化

使用重组光合膜蛋白将二氢卟酚衍生物颜料组装到基材上

• 发表时间: 2013
• 作者: 酒井俊亮;野地智康;近藤政晴;水野稔久;出羽毅久;落合剛;山川壽伯;伊藤繁;橋本秀樹;南後守
• 通讯作者: 南後守

水溶性部位をもっ組み換え光合成アンテナ系膜タンパク質/色素複合体の再構成

具有水溶性位点的重组光合天线膜蛋白/色素复合物的重建

• 发表时间: 2013
• 作者: Shunsuke Sakai;Ibmoyasu Noji;Masaharu Kondo;Toshihisa Mizuno;Takehisa Dewa;Tsuyoshi Ochiai;Hisanori Yamakawa;Shigeru Itoh;Hideki Hashimoto and Mamoru Nango;酒井俊亮・野地智康・水野稔久・近藤政晴・田中俊樹・出羽毅久・南後守
• 通讯作者: 酒井俊亮・野地智康・水野稔久・近藤政晴・田中俊樹・出羽毅久・南後守

Molecular Assembly of Zinc Chlorophyll Derivatives by Using Recombin ant Light-Harvesting Polypeptides with His-tag and Immobilization on a Gold Electrode

利用带组氨酸标签的重组蚂蚁光捕获多肽分子组装并固定在金电极上的叶绿素锌衍生物

• DOI: 10.1021/la400059h
• 发表时间: 2013
• 期刊: Langmuir
• 影响因子: 3.9
• 作者: Shunsuke Sakai;Ibmoyasu Noji;Masaharu Kondo;Toshihisa Mizuno;Takehisa Dewa;Tsuyoshi Ochiai;Hisanori Yamakawa;Shigeru Itoh;Hideki Hashimoto and Mamoru Nango
• 通讯作者: Hideki Hashimoto and Mamoru Nango

His-tagを有する光合成膜タンパク質を用いたZn-クロリン誘導体色素の基板上への組織化

使用带有 His 标签的光合膜蛋白将 Zn-二氢卟酚衍生物染料组装到基材上

• 发表时间: 2013
• 作者: 酒井俊亮;野地智康;近藤政晴;水野稔久;出羽毅久;山川壽伯;伊藤繁;南後守
• 通讯作者: 南後守

Molecular assembly of zinc chlorophyll derivatives by recombinant light-harvesting polypeptides with His-tag and immobilization on a gold electrode

通过带有组氨酸标签的重组光捕获多肽并固定在金电极上进行叶绿素锌衍生物的分子组装

• 发表时间: 2013
• 作者: S. Sakai;T. Noji;M. Kondo;T. Mizuno;T. Dewa;T. Ochiai;H. Yamakawa;S. Itoh;H. Hashimoto;M. Nango
• 通讯作者: M. Nango