超高速１分子スペクトル分光法で探る生体光反応の機能的ロバスト性

使用超快单分子光谱探索生物光反应的功能鲁棒性

基本信息

批准号：
22H02030
负责人：
近藤徹
金额：
$ 11.23万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究課題では、１分子感度の過渡吸収スペクトル顕微鏡を開発し、緑色硫黄細菌の光合成光捕集に関わるエネルギー移動過程を揺らぎ成分も含めて解析する。そこで初年度となる当該年度は光学測定系の開発から進めた。ノイズ軽減化のために様々な改良を行い、高感度吸収顕微鏡を完成させた。光合成反応中心タンパク質の一種であるPS I RCを１粒子レベルで測定し、蛍光と吸収の同時イメージングに成功した。さらに、フェムト秒レーザーと遅延光学系などの過渡吸収システムを組み込み、高感度過渡吸収顕微鏡の構築も行った。本研究課題の最終目標は、緑色硫黄細菌が持つ巨大な光捕集アンテナ複合体・クロロソーム、光捕集アンテナタンパク質・FMO、反応中心タンパク質・RCのエネルギー移動過程を包括的に議論することにある。そこでまずは単離精製したクロロソームを対象に１粒子過渡吸収解析を行った。pump波長を720 nm、probe波長を770 nmに設定して過渡吸収測定を行い、サブピコ秒時間スケールの超高速エネルギー移動の１粒子解析に成功した。複数のクロロソーム粒子でエネルギー移動の時定数を見積もり、それらを統計解析した。粒子毎に時定数が大きくバラつき、いくつかの時定数成分の間で相関があることも明らかにした。このように、超高速エネルギー移動の時定数の不均一性や相関性の定量解析に初めて成功した。今後の発展研究として遺伝子変異体を用いた実験を計画しており、クロロソームの微細構造に変異を加えることでエネルギー移動の不均一性にどのような影響がでるのかを解析し、光捕集機能のロバスト性の議論へと展開させたいと考えている。これらに加え、フーリエ分光測定系の構築も行い、スペクトル情報の取得に成功している。次年度以降は、スペクトル分光まで可能になるよう装置改良を行い、FMOやRCも含めた１粒子過渡吸収スペクトル分光を実現させる。

在此研究主题中，我们将开发单个分子敏感的瞬态吸收光谱显微镜，以分析绿色硫细菌的光合光收集所涉及的能量传递过程，包括波动成分。因此，第一年，我们继续开发光学测量系统。已经进行了各种改进以减少噪声，并且已经完成了高度敏感的吸收显微镜。 PS I RC是一种光合反应中心蛋白，在一个颗粒水平上测量，同时对荧光和吸收的成像成功。此外，还使用飞秒激光器和瞬时吸收系统（例如延迟光学系统）构建了高度敏感的瞬态吸收显微镜。该研究主题的最终目标是全面讨论巨大的光收集天线复合物，氯体，收集天线蛋白，FMO和反应中心蛋白以及绿色硫细菌所拥有的RC的能量传递过程。首先，对分离和纯化的氯化体进行了一种颗粒瞬态吸收分析。用设置为720 nm的泵波长进行瞬态吸收测量，并将探针波长设置为770 nm，并成功地对超平秒时尺度上的超快能量转移进行了单个粒子分析。估计了多个氯体颗粒的能量转移的时间常数，并进行了统计分析。还揭示了每个粒子的时间常数差异很大，并且几个时间常数分量之间存在相关性。这样，超快能量转移的时间常数的异质性和相关性的定量分析首次成功。我们正在计划使用基因突变体作为未来发展研究的实验，我们想分析氯化体微观结构中的突变如何影响能量传递的异质性，并发展成对光收集功能的鲁棒性的讨论。除此之外，还构建了傅立叶光谱测量系统，并成功地获取了光谱信息。从明年开始，将改进设备以启用光谱光谱，并将实现一颗粒子的瞬时吸收光谱光谱谱图，包括FMO和RC。