色素置換による光合成エネルギー移動制御：色素集団と単量体の共存の重要性を理解する

通过颜料替代控制光合能量转移：了解颜料群体和单体共存的重要性

• 批准号: 21K06104
• 负责人: 佐賀 佳央
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kindai University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K06104/
• 关键词: 光合成; 励起エネルギー移動; 光収穫タンパク質; バクテリオクロロフィル; クロロフィル; エネルギー移動; 光捕集タンパク質

光合成初期過程で機能している光収穫タンパク質は、光合成反応に必要な光エネルギーの大部分を集める重要なタンパク質である。これらの光収穫タンパク質の光機能の解明は、光合成反応の高効率性の要因の分子的基盤の理解に重要であるとともに、光エネルギー変換を行う人工システムを構築するうえで有用な情報を与えると考えられる。そこで本研究では、紅色光合成細菌の光収穫タンパク質を主な研究ターゲットとして、結合色素の置換によって、環状に配列している色素集団と色素単量体の機能的関係性を改変・制御し、励起エネルギー移動などの光機能への影響を明らかにすることで、これらの光収穫タンパク質の光機能メカニズムの解明を目指した研究を推進している。本年度は前年度に引き続いて、紅色光合成細菌の辺縁光収穫タンパク質においてエネルギー供与体として機能する単量体状態の色素（B800バクテリオクロロフィルa）の変換を主に実施した。まず、エネルギー受容体として機能する色素集団の吸収帯が短波長シフトしているLH3タンパク質に関する研究を推進し、タンパク質に結合した状態のB800バクテリオクロロフィルaを直接的に3-アセチルクロロフィルaに変換することに成功し、励起エネルギー移動への影響を明らかにした。あわせて、LH3タンパク質のエネルギー受容体として機能する色素集団の吸収帯が外部環境に依存して変化することを明らかにした。また、LH2タンパク質に関する研究では、エネルギー供与体色素の再構成プロセスで重要である、B800バクテリオクロロフィルaが脱離したLH2タンパク質の物性解析を推進し、構造・機能・安定性などに関する情報を得た。また、現段階では構造が未解明な紅色光合成細菌Thermochromatium tepidumのLH2タンパク質の環状構造を、原子間力顕微鏡を用いた観測によって明らかにした。

在早期光合作用过程中起作用的光捕获蛋白是重要的蛋白质，它们收集了光合作用反应所需的大多数光能。阐明这些光收发蛋白的光功能对于理解有助于光合作用效率高效率的因素的分子基础很重要，并被认为可以为构建人工系统提供有用的信息，以执行光吸光转换。因此，在这项研究中，我们正在促进旨在阐明红色光合细菌的这些光功能机理的研究，通过改变和控制周期性布置的色素种群与颜料单体之间的功能关系，通过替换结合物质的替代效果，并阐明诸如光化能量的效果。在上一年之后，今年我们主要进行了单体染料（B800菌氯植物）的转化，该染料在红色光合细菌的边际光捕获蛋白中充当能量供体。首先，我们促进了对LH3蛋白的研究，在该蛋白中，染料群体的吸收带（作为能量受体）被转移了短波长，并成功地转化为与蛋白质结合的B800菌氯植物A（与蛋白质结合，成3-乙酰基氯植物a，并揭示其对兴奋能量传递的影响。此外，我们已经揭示了色素种群的吸收带（作为LH3蛋白的能量受体）的吸收带，取决于外部环境。此外，对LH2蛋白的研究促进了对LH2蛋白的物理分析，B800 b800细菌氯酚含量已将其除去，这在能量供体颜料的重建过程中很重要，并获得了有关结构，功能，稳定性等的信息。此外，红色光合细菌tephromomatium tepidum的LH2蛋白的圆形结构在此阶段不清楚，通过使用原子力显微镜观察来揭示其结构。

项目成果

Thermochromatium tepidumのLH2タンパク質のB800の結合状態と全体構造の解析

温热变色菌LH2蛋白中B800的结合状态及整体结构分析

• 发表时间: 2021
• 作者: 平尾遥奈;井城ひなた;森本将行;淺川雅;近藤政晴;出羽毅久;木村行宏;大友征宇;佐賀佳央
• 通讯作者: 佐賀佳央

紅色光合成細菌Thermochromatium tepidumのLH2タンパク質に結合するB800バクテリオクロロフィルaの選択的酸化

B800 细菌叶绿素 a 与紫色光合细菌 Thermochromatium tepidum 的 LH2 蛋白结合的选择性氧化

• 发表时间: 2021
• 作者: 平尾遥奈;木村行宏;大友征宇;佐賀佳央
• 通讯作者: 佐賀佳央

Reconstitution of Chlorophyll b into LH2 Protein from the Purple Photosynthetic Bacterium Rhodoblastus acidophilus

叶绿素 b 重构为紫色光合细菌嗜酸红芽胞 LH2 蛋白

• 发表时间: 2021
• 作者: Aiko Tanaka;Madoka Yamashita;Yoshitaka Saga
• 通讯作者: Yoshitaka Saga

LH3タンパク質のB820バクテリオクロロフィルaの界面活性剤に依存したスペクトル変化

LH3 蛋白中 B820 细菌叶绿素 a 的表面活性剂依赖性光谱变化

• 发表时间: 2022
• 作者: 濱西 浩平;佐賀 佳央
• 通讯作者: 佐賀 佳央

紅色光合成細菌Thermochromatium tepidumのLH2タンパク質に結合するバクテリオクロロフィルaの化学酸化と光酸化

细菌叶绿素 a 与紫色光合细菌 Thermochromatium tepidum 的 LH2 蛋白结合的化学氧化和光氧化

• 发表时间: 2022
• 作者: 平尾 遥奈;木村 行宏;大友 征宇;佐賀 佳央
• 通讯作者: 佐賀 佳央