生体光合成の単電子移動過程

生物光合作用中的单电子转移过程

• 批准号: 09233222
• 负责人: 伊藤 繁
• 金额: $ 1.34万
• 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-09233222/
• 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

単電子デバイス構築の基礎情報を得るために生体膜上に高密度集積される光合成反応中心タンパク質内での単電子移動の制御法を開発と、単電子移動機構の検討を行った。1.タンパク質内での分子配置の精密評価と制御。双極子間相互作用を選択的に評価できる電子スピンエコー共鳴法(ESEEM)を利用して反応中心タンパク質内のキノン化合物の位置を1Å以下の精度で決定した。双極子間相互作用から電子スピン間の距離を得る方法で、蛋白内に導入した人工キノンと電子供与体クロロフィル(P700間)の距離として25.7±0.3Å、横緩和時間T2=2000nsを得た。構造の違う2種のニトロフルオレノン化合物は、26.0±0.3Åを与え、ほぼ正しい位置だが、やや不均一な結合が示された。2.磁場効果による電子移動速度の制御。ESEEM測定で約26Å離れた分子上のスピンの弱い相互作用をとらえ、さらに、外部磁場の影響を評価した。磁場変調パルスの印加により電子とホールの再結合が劇的に抑えられ、寿命の1-3桁の増加と、新たな温度依存性が出現した。外部磁場を利用した電子移動速度のあらたな制御法が得られた。

为了获得构建单电子器件的基础信息，我们开发了一种控制高度集中在生物膜上的光合反应中心蛋白内单电子转移的方法，并研究了单电子转移机制。 1. 精确评估和控制蛋白质内的分子排列。利用可以选择性评估偶极-偶极相互作用的电子自旋回波共振方法 (ESEEM)，我们以小于 1 Å 的精度确定了反应中心蛋白质内醌化合物的位置。通过偶极-偶极相互作用获得电子自旋之间的距离，我们得到引入蛋白质的人工醌与电子供体叶绿素（P700）之间的距离为25.7±0.3Å，横向弛豫时间为T2=2000ns 。两种不同结构的硝基芴酮化合物的键长为 26.0 ± 0.3 Å，表明位置大致正确，但键位略有不均匀。 2.通过磁场效应控制电子传输速度。 ESEEM 测量捕获了相距约 26 Å 的分子上自旋的弱相互作用，并且还评估了外部磁场的影响。磁场调制脉冲的应用极大地抑制了电子和空穴的复合，从而使寿命延长了 1-3 个数量级，并产生了新的温度依赖性。获得了一种利用外部磁场控制电子转移速度的新方法。

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。”