【特集】光合成-エネルギー生産に向けた基礎研究-

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特集にあたって

三宅　淳(大阪大学大学院　基礎工学研究科　機能創成専攻　教授)

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紅色光合成細菌・海洋藻類の光合成初期過程
Primary Processes of Photosynthesis in Purple Photosynthetic Bacteria and
Marine Algae

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橋本秀樹(大阪市立大学　複合先端研究機構　教授)

　光合成反応は,水と二酸化炭素を原料に太陽光エネルギーを利用して,酸素と炭水化物
(燃料)を生成している。つまり光合成生物は,太陽光エネルギーを利用して燃料を生成
するバイオナノデバイスを備えている。本稿では,最新の構造解析技術および超高速レー
ザー分光計測技術によって明らかにされた紅色光合成細菌および海洋藻類の光合成初期過
程に関して解説する。

【目次】
1.はじめに
2.光合成系の分子構築
3.紅色光合成細菌の光合成初期反応
4.海洋藻類の光合成初期反応
5.おわりに

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緑色光合成細菌の光合成初期過程
Photosynthetic Initial Processes of Green Bacteria

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民秋　均(立命館大学　大学院生命科学研究科　教授)

　緑色光合成細菌は,緑色硫黄細菌と糸状酸素非発生型光合成生物とに大別される。本稿
では,前者の光合成初期過程(アンテナ部での光エネルギー収穫と励起エネルギー伝達な
らびに反応中心部での電荷分離)をまず概説し,続いて後者の同過程についても触れる。

【目次】
1.はじめに
2.緑色硫黄細菌(GSB)
2.1　クロロゾーム
2.2　FMO タンパク質
2.3　反応中心(RC)複合体
2.4　GSB 変異体
3.糸状酸素非発生型光合成生物(FAP)の緑色細菌
3.1　クロロゾーム
3.2　膜内アンテナ
3.3　反応中心(RC)

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高等植物の光捕集系タンパク質複合体の構造と機能
Structure and Function of Higher Plant Light-Harvesting Protein Complex

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近藤政晴(名古屋工業大学　若手研究イノベータ養成センター　テニュア・トラック助教)
南後　守(大阪市立大学　複合先端研究機構　特任教授)

高等植物の光合成で光化学初期過程を担う光捕集系タンパク質色素複合体であるLHC
IIの構造と機能について解説した。そして,LHCIIの機能評価と人工光合成アンテナ系へ
の展開として,LHCIIを電極基板上に単層吸着・自己組織化して光電流応答の評価を行
い,LHCII色素間の光誘起電子移動の機能の評価と光電変換デバイスへの展開を行った。

【目次】
1.はじめに
2.高等植物の光合成膜での光合成のエネルギー変換システム
2.1　高等植物のLHC 系色素の構造と分類・分布
2.2　CP47,CP43
2.3　LHC
2.4　ステート遷移
2.5　非光化学消光(NPQ):キサントフィル回路
3.LHCII複合体の機能解析と人工光合成アンテナ系への展開
3.1　LHC II複合体の基板への自己組織化とその機能評価
3.2　LHCIIの酸化チタン(TiO2)電極への自己組織化と光電変換デバイスへの展開
4.おわりに

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酸素発生型光合成タンパク質の構造と機能
Molecular Structure and Function of Oxygen-Evolving Photosynthetic Protein,
PhotosystemII

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杉浦美羽(愛媛大学　プロテオサイエンスセンター　生体超分子研究部門　准教授;
独科学技術振興機構-さきがけ「光エネルギーと物質変換領域」　研究員)

植物やラン藻などによる酸素発生を伴う光合成電子伝達系では,酸素の発生を伴って効
率良く太陽光エネルギーを化学エネルギーに換えて地球上の全ての生命を維持している。
最も重要な初発反応は,複雑かつ巨大な「光化学系II複合体タンパク質」が担っており,
ようやく詳細な構造や機能が明らかになってきた。本稿ではこれらを解説し,さらに応用
研究について紹介する。

【目次】
1.はじめに
1.1　酸素発生を伴う光合成反応の概容
1.2　光化学系II複合体タンパク質の構造と機能についての研究の歴史
2.酸素発生型光合成の初期過程を担う光化学系II
2.1　光化学系II複合体の全体構造
2.2　光化学系II複合体における水の酸化と電子伝達コファクターの配置
2.3　水の酸化触媒中心の構造と水の酸化機構
3.今後の課題と将来の展望

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ホモダイマー型光合成反応中心の分子構築と反応機構
Molecular Construction and Reaction Mechanism of Homodimeric Photosynthetic
Reaction Center

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浅井智広(立命館大学　生命科学部　生命情報学科　助教)
大岡宏造(大阪大学　大学院理学研究科　生物科学専攻　准教授)

光合成反応中心(RC)は,光エネルギーを電気化学エネルギーに変換する色素タンパ
ク質複合体である。タンパク質は結合している色素の立体配置や配向を最適化することに
より,量子収率100%という非常に高い光エネルギー変換効率を実現している。本稿では,
始原的なホモダイマー型RC の構造機能相関についての知見を紹介するとともに,RC の
進化的成立過程について考察する。

【目次】
1.はじめに
2.光合成反応中心による光エネルギー変換
2.1　電荷分離と電子移動
2.2　電子移動理論
3.光合成反応中心の分子的基盤
3.1　タイプI型とタイプII型
3.2　ヘテロダイマー型とホモダイマー型
4.ホモダイマー型反応中心の構造機能相関
4.1　特異な電子移動反応
4.2　未解明課題への挑戦
5.おわりに

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電子伝達,電子キャリアー,とエネルギー代謝
Electron Transport, Electron Carrier, and Energy Metabolism

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石井正治(東京大学大学院　農学生命科学研究科　応用生命工学専攻　教授)

生物の各種代謝が機能するためには,エネルギー代謝の円滑な進行が必要である。エネ
ルギー代謝反応を可能にしているのは電子キャリアーの反応多様性である。本稿ではこう
した事柄を総合的に記述する。中でも,新たなエネルギー代謝,エレクトロンバイファー
ケーションと,独立栄養的二酸化炭素固定系については詳述する。

【目次】
1. はじめに〜電子伝達と電子キャリアーの重要性〜
2.代謝的出口の違いに応じた電子の流れ
3.典型的な生体由来電子キャリアー
4. 新たに見つかりつつある電子伝達手段(エレクトロンバイファーケーション)
5. 電子伝達(電子の流れ)が代謝を決める〜独立栄養的代謝の概観〜

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BIO R&D

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近赤外分光法を用いた簡便な小動物の体脂肪率測定法
An Simple Method Measuring a Body Fat Percentage of Small Animals by the
Near-infrared Spectroscopy

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岡田恭司(秋田大学大学院　医学系研究科　保健学専攻　理学療法学講座　教授)
藤原一彦(秋田大学大学院　工学資源学研究科　生命科学専攻　准教授)

　メタボリック症候群に対する研究では,体脂肪率が重要な指標である。しかし実験用小
動物では,操作が煩雑であるうえ,機器も高額なコンピューター断層装置で体脂肪率の測
定が行われている現状にある。近赤外分光法は有機化合物の存在を特定できるため,マウ
スのような小動物でも非破壊的に,かつ迅速に体脂肪率が測定可能であることを示した。

【目次】
1.はじめに
2.メタボリック症候群と体脂肪率測定
3.近赤外分光分析法による脂肪の測定
4.マウス体脂肪率の近赤外分光法による測定
4.1　測定機器と動物
4.2　補外処理と2次微分
4.3　重回帰分析
5.事業化の内容
5.1　最終目標
5.2　想定している用途,利用分野およびその市場
5.3　事業化に向けた課題

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温州みかん由来β-クリプトキサンチンの尿酸値低下作用
The Reduction of Serum Uric Acid Value by β-cryptoxanthin Derived from
Satsuma Mandarin

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高柳勝彦(ユニチカ　中央研究所　マネージャー)
向井克之(ユニチカ　中央研究所　グループ長)

　β-クリプトキサンチンは,高尿酸血症モデルラットの尿酸値上昇抑制作用を示し,そ
の作用は尿酸トランスポーターの発現調節によるものであることが明らかとなった。さら
に,尿酸値の高い成人男性にβ-クリプトキサンチンを毎日6 ヵ月間摂取してもらったと
ころ,有意な尿酸値の低下が観察され,高尿酸血症に対する有効性が確認された。

【目次】
1.はじめに
2.β-クリプトキサンチン
3.温州みかん摂取と痛風
4.食餌性高尿酸血症ラットモデルへのβ-クリプトキサンチンの投与
5.β-クリプトキサンチンの摂取による尿酸値低下
6.おわりに

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TOPICS

コラーゲン研究の最新の現況

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小林未明(奈良先端科学技術大学院大学　物質創成科学研究科　助教)

【目次】
1.はじめに
2.細菌中に新たに同定されたコラーゲン様タンパク質ファミリー
3.一本鎖のコラーゲン様ペプチド(collagenmimetic peptides,CMPs)を利用したコラーゲンの検出
4.絹タンパク質との融合ペプチド創製による細胞外マトリクスとの結合性制御
5.アミロイドとの関連
6.おわりに