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。

在本研究项目中，我们将开发单分子灵敏瞬态吸收光谱显微镜，并分析绿硫细菌光合光收集所涉及的能量传递过程，包括波动成分。因此，在第一年，我们继续进行光学测量系统的开发。我们进行了各种改进以降低噪音，并完成了高灵敏度的吸收显微镜。我们在单颗粒水平上测量了光合反应中心蛋白 PS I RC，并成功实现了同步荧光和吸收成像。此外，他们通过结合飞秒激光器和延迟光学系统等瞬态吸收系统，构建了高度灵敏的瞬态吸收显微镜。该研究项目的最终目标是全面讨论绿硫细菌的巨型光捕获天线复合体/叶绿体、光捕获天线蛋白/FMO和反应中心蛋白/RC的能量传递过程。因此，我们首先对分离纯化的叶绿体进行单颗粒瞬态吸收分析。我们通过将泵浦波长设置为720 nm、探针波长设置为770 nm来进行瞬态吸收测量，并成功地对亚皮秒时间尺度的超快能量转移进行了单粒子分析。我们估计了多个叶绿体颗粒中能量传递的时间常数，并对它们进行了统计分析。研究还表明，不同粒子的时间常数差异很大，并且某些时间常数分量之间存在相关性。这样，我们首次成功定量分析了超快能量传输时间常数的非均匀性和相关性。作为未来的研究，我们正在计划使用基因突变体进行实验，我们将分析在叶绿体精细结构中添加突变对能量转移异质性的影响，并改进光捕获功能，我希望将其开发为一种新的光捕获功能。鲁棒性的讨论除此之外，我们还构建了傅里叶光谱测量系统并成功获取了光谱信息。从明年开始，我们将改进光谱分析的设备，实现包括FMO和RC在内的单粒子瞬态吸收光谱。