光合成と地球の共進化

光合作用与地球的共同进化

• 批准号: 09214220
• 负责人: 伊藤 繁
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Okazaki National Research Institutes
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09214220/
• 关键词: 光合成; 電子移動; 反応中心; 光化学反応; クロロフィル; キノン; 蛋白質; 進化

生物と地球の進化における生体光合成反応の役割を、分子機能と、新型生物の探索から検討した。1.光合成反応の変遷と分子機構の進化。絶対嫌気性の緑色細菌、好気性の紅色光合成細菌、及び植物の酸素発生型光合成の分子機能の精密比較をおこなった。これらの多様で、遺伝子レベルの類似性も低い光合成系が連続した機能関係を持つことがわかった。光合成はことなった細菌の中で2方向に進化し、各々最適化され、さらに新たな細菌(シアノバクテリア)中に2種が共存、協同することで酸素発生型光合成がうまれ(約27億年前)地球環境を変え、呼吸型生物の繁栄をもたらしたと推定された。シアノバクテリア化石の実地調査もおこなった。2.新型生物の探索。未知の光合成装置をもつ生物の発見。(1)好気好酸性細菌Acidiphilium(A.) rubrumが、既知のMg型クロロフィルとは異なる、Zn型バクテリオクロロフィルa(正式名称みはZn-バクテリオフェオフィチン)で、高光合成をすることを確認した。原始光合成がZn-ポルフィリンで始まった可能性も検討している。(2)近赤外光(740nm)下でも酸素発生型光合成ができる生物Acaryochloris marinaの光合成系の検討。従来の植物及びシアノバクテリアは全て680nmの赤色光を利用するクロロフィルaで光合成を行うが、このシアノバクテリア様生物はクロロフィルdでこれを行う。この発見は酸素発生型光合成の起源についてでまったく新しい情報を与えた。

从分子功能和寻找新型生物的角度研究生物光合作用反应在生物和地球进化中的作用。 1.光合反应的变化和分子机制的演化。我们对专性厌氧绿色细菌、需氧紫色光合细菌以及植物产氧光合作用的分子功能进行了精确比较。我们发现这些不同的光合系统在遗传水平上几乎没有相似之处，但却具有连续的功能关系。光合作用在不同的细菌中向两个方向进化，每个方向都得到了优化，当这两个物种在新的细菌（蓝细菌）中共存并合作时，释氧光合作用诞生了（大约27亿年前）。它改变了全球环境并带来了呼吸生物的繁荣。还对蓝藻化石进行了实地调查。 2.寻找新的生物体。发现具有未知光合作用器官的生物体。 (1) 已证实好氧嗜酸细菌 Acidiphilium (A.) rubrum 利用与已知的 Mg 型叶绿素不同的 Zn 型细菌叶绿素 a（正式名称为 Zn-细菌脱镁叶绿素）进行高光合作用。我们也在考虑原始光合作用始于锌卟啉的可能性。 (2)对Acaryoloris marina的光合系统进行检查，这种生物即使在近红外光（740 nm）下也能进行产氧光合作用。所有传统植物和蓝藻都使用 680nm 红光与叶绿素-a 进行光合作用，但这种类似蓝藻的生物体与叶绿素-d 进行光合作用。这一发现提供了有关含氧光合作用起源的全新信息。

项目成果

伊藤 繁: "地球を変えた光合成" 日本物理学会誌. 53(2). 100-106 (1998)

伊藤茂：“改变地球的光合作用”日本物理学会杂志 53(2) (1998)。

Itoh,S.et al.: "Accumulation of Fe,Cr and Ni metals inside cells of acidophilic bacterium Acidiphilium rubrum that produced Zn containing bacteriochlorophyll a." Plant and Cell Physiology. (in press.). (1998)

Itoh,S.et al.：“嗜酸性细菌 Acidiphilium rubrum 细胞内 Fe、Cr 和 Ni 金属的积累，产生含锌的细菌叶绿素 a。”

Hara,H.et al.: "The distance between P680 and Q_A in Photosystem II determined by ESEEM spectrocscopy." Biochimica Biophysica Acta. 1322. 77-85 (1997)

Hara,H.et al.：“通过 ESEEM 光谱测定光系统 II 中 P680 和 Q_A 之间的距离。”

Dzuba,S.A.et al.: "Electron spin echo of spin-polarized radical pairs in the intact and quinone-reconstituted plant photosystem I reaction centers." Chemical Physics Letters. 264. 238-244 (1997)

Dzuba,S.A.等人：“完整和醌重建的植物光系统 I 反应中心中自旋极化自由基对的电子自旋回波。”

Tomo,T.et al.: "Topology of pigments in the isolated photosystem II reaction center studied by selective extraction." Biochimica Biophysica Acta. 1321. 21-30 (1997)

Tomo,T.等人：“通过选择性提取研究了孤立光系统 II 反应中心中颜料的拓扑结构。”