時間分解蛍光分光

南極の赤外光を利用する光合成

南極の極限環境に生息する藻類から抽出されたアンテナタンパク質は、近赤外光を利用するために独自の進化を遂げていることが分かりました。このことにより、群体の内部に位置する藻類は、表面付近の藻類により吸収されずに残った近赤外光を利用できるようになるのです。近赤外光利用を担うアンテナタンパク質の構造が、基礎生物学研究所の小杉博士をはじめとする共同研究者によるクライオ電子顕微鏡技術を用いた観測により明らかにされました。驚くべきことに、その構造は11個の同じタンパク質が連なったリング状の構造でした。ただし、我々の蛍光寿命の温度依存性測定からは、11個のうちの一つが特に長波長の色素を持っていることが示されました。近赤外光利用の機構解明は、現在進行中です。

関連する業績

M. Kosugi, M. Kawasaki, Y. Shibata, K. Hara, S. Takaichi, T. Moriya, N. Adachi, Y. Kamei, Y. Kashino, S. Kudoh, H. Koike, T. Senda, Uphill energy transfer mechanism for photosynthesis in the Antarctic alga, Nature Comm. 14, 730 (2023). DOI.org/10.1038/s41467-023-36245-1

小杉　真貴子, 川崎　政人, 柴田　穣, 安達　成彦, 守屋　俊夫, 千田　俊哉, ナンキョクカワノリに見つかったアップヒル型励起エネルギー移動による赤外線利用型光合成メカニズム, PF News, 41号, 12-14 (2023).

Y. Shibata, A. Mohamed, K. Taniyama, K. Kanatani, M. Kosugi, H. Fukumura, Red shift in the spectrum of a chlorophyll species is essential for the drought-induced dissipation of excess light energy in a poikilohydric moss, Bryum argenteum, Photosynthesis Res., 136, 229-243 (2018). DOI 10.1007/s11120-017-0461-0

光化学系IIのエネルギー移動

光化学系IIの空間分解能1.9Åという高分解能の構造が2011年に報告され、その光反応機構の理解は大きく進展しました。報告された構造を元に、光化学系IIに結合するアンテナ色素*間のエネルギー移動**と反応中心による電子移動のダイナミクスを、時間分解蛍光測定の実験および理論計算を駆使して説明することに成功しました。

*アンテナ色素

光化学系には、電子移動を担う反応中心クロロフィル(Chl)と、光エネルギーを集めるためのアンテナChlが結合している。一つの光化学系Iには約100個のChlが結合しており、そのうち反応中心の役割を果たすのは中心にある数個のみで、残りのChlはすべてアンテナ色素である。

**エネルギー移動

色素分子が吸収した光エネルギーを、近くの色素分子へ渡す現象。その速度は、フェルスター機構では距離の6乗に反比例することが理論的に示される。