Elucidation of the electronic structure of carotenoids in light-harvesting antenna systems for highly efficient energy transfer

阐明用于高效能量传输的光捕获天线系统中类胡萝卜素的电子结构

基本信息

批准号：
20J10152
负责人：
行平奈央
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Kwansei Gakuin University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

これまでの研究により，紅色光合成細菌由来の光捕集色素タンパク質複合体（LH1複合体）に分子内電荷移動励起（ICT）励起状態を発現可能であるフコキサンチンの導入を実現した。さらにカロテノイドのICT励起状態と励起エネルギー伝達効率の関係を調査するため，高等植物由来でICT励起状態を発現するβ-apo-8’-carotenalをLH1複合体へ再構成を行った。界面活性剤の濃度を適切に調節することでリング状のLH1複合体へ再構成することに成功し，定常蛍光・蛍光励起スペクトル測定よりβapoからバクテリオクロロフィルa (BChl a)への励起エネルギー伝達が確認できた。。さらに，吸収スペクトルと蛍光励起スペクトルを比較し，β-apo-8’-carotenalからBchl aへの励起エネルギー伝達効率を算出したところ80%であり，紅色光合成細菌Rhodospirillum rubrum 由来のLH1複合体において，励起エネルギー伝達効率が最も高効率であることが示唆された。さらに，βapoの緩和過程に関する情報を詳細に得ることのできる近赤外および可視領域でのフェムト秒時間分解吸収分光測定を行った。βapoを再構成したLH1は，近赤外領域にバクテリオクロロフィルのQyに由来する過渡吸収信号を示すことから，βapoからBChl aへの一重項励起エネルギー伝達が行われていることが確認できた。また，βapoのS1/ICT状態に由来する過渡吸収が見られることから，再構成LH1複合体中のβapoでもICT状態が発現することが明らかとなった。さらに，測定結果に対してターゲット解析を行い，再構成LH1複合体中のβ-apo-8’-carotenalからの励起エネルギー伝達過程も示唆した。

通过前期研究，我们成功地将能够表达分子内电荷转移激发（ICT）激发态的岩藻黄质引入到源自紫色光合细菌的捕光色素蛋白复合物（LH1复合物）中。此外，为了研究类胡萝卜素的ICT激发态与激发能量转移效率之间的关系，将源自高等植物并表达ICT激发态的β-apo-8'-胡萝卜醛重构为LH1复合物。通过适当调整表面活性剂浓度，我们成功地重构为环形LH1复合物，并且稳态荧光和荧光激发光谱的测量表明，从βapo到细菌叶绿素a（BChl a）的激发能量转移得到证实。能够确认。。此外，通过比较吸收光谱和荧光激发光谱，计算出从β-apo-8'-胡萝卜醛到Bchl a的激发能量转移效率为80%，在源自LH1复合物中发现该效率为80%。表明紫色光合细菌Rhodospirillum rubrum的激发能量传递效率最高。此外，我们在近红外和可见光区域进行了飞秒时间分辨吸收光谱测量，这可以提供βapo弛豫过程的详细信息。 LH1 是重组的 βapo，在近红外区域显示出源自细菌叶绿素 Qy 的瞬态吸收信号，证实单线态激发能量从 βapo 转移到 BChl a。此外，观察到源自βapo的S1/ICT状态的瞬时吸收，表明ICT状态也在重构的LH1复合物中的βapo中表达。此外，我们对测量结果进行了目标分析，并提出了重构的LH1复合物中β-apo-8'-胡萝卜醛的激发能量转移过程。

项目成果

期刊论文数量（5）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Photoprotective mechanisms in the core LH1 antenna pigment-protein complex from the purple photosynthetic bacterium, Rhodospirillum rubrum

紫色光合细菌红色红螺菌核心 LH1 天线色素-蛋白质复合物的光保护机制

DOI：
10.1016/j.jphotochem.2020.112628
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Chiasa Uragami; Hiroki Sato; NaoYukihira; MasazumiFujiwara; Daisuke Kosumi; Alastair T.Gardiner; Richard J.Cogdell; Hideki Hashimoto
通讯作者：
Hideki Hashimoto

Synthesis of Allene-containing Apocarotenoids by Cross-coupling Strategy

交叉偶联策略合成含丙二烯的类胡萝卜素

DOI：
10.1055/s-0040-1707906
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
K. Sakaguchi; Y. Nishioka; N. Kinashi; N. Yukihira; T. Shinada; T. Nishimura; H. Hashimoto; S. Katsumura
通讯作者：
S. Katsumura

紅色光合成細菌 Rsp. rubrum のLH1 複合体へのβ-apo-8’-carotenalの再構成

将 β-apo-8’-胡萝卜素重建到紫色光合细菌 Rsp 的 LH1 复合物中。