所属
大学院理学研究科 理学専攻 物理学第一 助教
大学院担当
大学院理学研究科
学部担当
理学部
職名
助教
キムラ アキヒロ
木村 明洋
KIMURA, Akihiro
学位 1
-
理学博士 （ 名古屋大学 ）
研究キーワード 1
-
励起エネルギー移動
研究分野 2
-
その他 / その他 / 生物物理・化学物理
-
自然科学一般 / 生物物理、化学物理、ソフトマターの物理
経歴 4
-
三重大学 非常勤講師
2017年10月 - 現在
国名：日本国
-
名古屋大学大学院理学研究科助教（物質理学専攻）
2007年4月 - 現在
国名：日本国
-
名古屋大学大学院理学研究科助手（物質理学専攻）
2002年4月 - 2007年3月
国名：日本国
-
科学技術振興事業団 計算科学技術研究員
2001年4月 - 2001年9月
国名：日本国
学歴 2
-
名古屋大学 理学研究科
- 2001年
国名： 日本国
-
京都産業大学 理学部
- 1996年
国名： 日本国
所属学協会 5
-
日本植物生理学会
2023年1月
-
日本光合成学会
2019年5月
-
日本生物物理学会
-
日本物理学会
-
アメリカ化学会
委員歴 4
-
日本生物物理学会 第６１回 日本生物物理学会年会 実行委員会
2022年4月 - 2023年11月
実行委員
-
日本物理学会領域１２運営委員 運営委員
2019年10月 - 2020年9月
団体区分：学協会
-
日本生物物理学会第50回年会 実行委員会 実行委員
2012年5月 - 2012年9月
-
日本生物物理学会 専門分野別委員 委員
2012年1月 - 2013年12月
論文 25
-
Polarizable Molecular Block Model: Toward the Development of an Induced Dipole Force Field for DNA
Nakagawa Setsuko, Kimura Akihiro, Okamoto Yuko
JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B 126 巻 ( 50 ) 頁： 10646 - 10661 2022年12月
-
Kimura Akihiro, Kitoh-Nishioka Hirotaka, Aota Toshimichi, Hamaguchi Tasuku, Yonekura Koji, Kawakami Keisuke, Shinzawa-Itoh Kyoko, Inoue-Kashino Natsuko, Ifuku Kentaro, Yamashita Eiki, Kashino Yasuhiro, Itoh Shigeru
JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B 126 巻 ( 22 ) 頁： 4009 - 4021 2022年6月
-
Comparison between the Light-Harvesting Mechanisms of Type-I Photosynthetic Reaction Centers of Heliobacteria and Photosystem I: Pigment Site Energy Distribution and Exciton State 査読有り 国際誌
Kimura Akihiro, Kitoh-Nishioka Hirotaka, Shigeta Yasuteru, Itoh Shigeru
JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B 125 巻 ( 15 ) 頁： 3727 - 3738 2021年4月
-
Excitonic Coupling on a Heliobacterial Symmetrical Type-I Reaction Center: Comparison with Photosystem I 査読有り
Kitoh-Nishioka Hirotaka, Shigeta Yasuteru, Itoh Shigeru, Kimura Akihiro
JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B 124 巻 ( 2 ) 頁： 389 - 403 2020年1月
-
Kimura Akihiro, Itoh Shigeru
JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B 122 巻 ( 50 ) 頁： 11852 - 11859 2018年12月
-
Time-dependent renormalized Redfield theory II for off-diagonal transition in reduced density matrix 査読有り
Akihiro Kimura
Chemical Physics Letters 661 巻 頁： 70 2016年8月
-
Time-dependent renormalized Redfield theory 査読有り
Akihiro Kimura
Chemical Physics Letters 645 巻 頁： 123 2015年12月
-
Assignment of Exciton Domain in Light Harvesting Systems Based on the Variational Polaron Approach 査読有り
Yuta Fujihashi, and Akihiro Kimura
The Journal of Physical Chemistry B 119 巻 頁： 8349-8356 2015年6月
-
Quantitative correction of the rate constant in the improved variational master equation for excitation energy transfer 査読有り
Akihiro Kimura, Yuta Fujihashi
The Journal of Chemical Physics 141 巻 頁： 194110 2014年11月
-
Improved Variational Master Equation Theory for the Excitation Energy Transfer 査読有り
Yuta Fujihashi, and Akihiro Kimura
Journal of the Physical Society of Japan 83 巻 ( 1 ) 頁： 014801 2014年1月
-
*General theory of excitation energy transfer in donor-mediator-acceptor systems 査読有り
Akihiro Kimura
The Journal of Chemical Physics 130 巻 頁： 154103 2009年4月
-
*Advanced Theory of Excitation Energy Transfer in Dimers 査読有り
A. Kimura and T. Kakitani
J. Phys. Chem. A 111 巻 頁： 12042 2007年11月
-
Interference, Fluctuation, and Alternation of Electron Tunneling in Protein Media 1. Two Tunneling Routes in Photosynthetic Reaction Center Alternate Due to Thermal Fluctuation of Protein Conformation.
H. Nishioka, A. Kimura, T. Yamato, T. Kawatsu, T. Kakitani
J. Phys. Chem. B 109 巻 頁： 1978 2005年
-
Interference, Fluctuation, and Alternation of Electron Tunneling in Protein Media. 2. Non-Condon Theory for the Energy Gap Dependence of Electron Transfer Rate. 査読有り
H. Nishioka, A. Kimura, T. Yamato, T. Kawatsu T. Kakitani
J. Phys. Chem. B 109 巻 頁： 15621 2005年
-
Fluctuating Hydration Structure around Nanometer-Size Hydrophobic Solutes. I. Caging and Drying around C60 and C60H60 Spheres. 査読有り
T. Hotta, A. Kimura, M. Sasai
J. Phys. Chem. B 109 巻 頁： 18600 2005年
-
液体のダイナミックスと非平衡物理学
吉森明、（記録係：木村明洋、鳥飼正志、後藤振一郎）
82 巻 頁： 357 2004年
-
*Theoretical Analysis of the Energy Gap Dependence of the Reconstituted B800 -> B850 Excitation Energy Transfer Rate in Bacterial LH2 Complexes. 査読有り
A. Kimura and T. Kakitani
J. Phys. Chem. B. 107 巻 頁： 7932 2003年
-
*Theory of Excitation Energy Transfer in the Intermediate Coupling Case of Clusters. 査読有り
A. Kimura and T. Kakitani
J. Phys. Chem. B. 107 巻 頁： 14486 2003年
-
Empirical Formula of Exciton Coherent Domain in Oligomers and Application to LH2. 査読有り
T. Kakitani and A. Kimura
J. Phys. Chem. A 106 巻 頁： 2173 2002年
-
Unique Mechanisms of Excitation Energy Transfer, Electron Transfer and Photoisomerization in Biological Systems. 査読有り
T. Kakitani, T. Kawatsu, A. Kimura, A. Yamada, T. Yamato, and S. Yamamoto
J. Bio. Phys. 28 巻 頁： 367 2002年
-
Theory of excitation energy transfer in the intermediate coupling case and its application to the photosynthetic antenna systems. 査読有り
A. Kimura, T. Kakitani and T. Yamato
International J. Mod. Phys. B 15 巻 頁： 3833 2001年
-
Theory of excitation transfer in the intermediate coupling case. 査読有り
A. Kimura, T. Kakitani, T. Yamato
J. Lumin. 87-89 巻 頁： 815 2000年
-
Theory of Excitation Energy Transfer in the Intermediate Coupling Case. II. Criterion for Intermediate Coupling Excitation Energy Transfer Mechanism and Application to the Photosynthetic Antenna Systems. 査読有り
A. Kimura, T. Kakitani, T. Yamato
J. Phys. Chem. B 104 巻 頁： 9276 2000年
-
Theory of Excitation Transfer in the Intermediate Coupling Case.
T. Kakitani, A. Kimura, H. Sumi
J. Phys. Chem. 103 巻 頁： 3720 1999年
-
Nonperturbative method of electron transfer via a midway molecule. 査読有り
A. Kimura, T. Kakitani
Chem. Phys. Lett. 298 巻 頁： 241 1998年
講演・口頭発表等 38
-
新発見の遠赤色光型光化学系Iを用いた光合成光捕集効率向上への計算機実験
中村有花、大河内幹仁、伊藤 繁、木村明洋
日本物理学会2023年春季大会 2023年3月23日 日本物理学会
-
ベイズ最適化によるI型反応中心の励起子ハミルトニアンの修正
下岡 渉、木村明洋 、鬼頭宏任、伊藤 繁
日本物理学会202３年春季大会 2023年3月23日 日本物理学会
-
I型反応中心の光捕集機構の原理
伊藤繁、鬼頭宏任、木村明洋
第６４回日本植物生理学会年会 2023年3月15日 日本植物生理学会
-
緑色硫黄細菌の最小 I 型反応中心の光捕集機構:遺伝子操作的改変と理論的検討
浅井智広、大岡宏造、伊藤繁、鬼頭宏任、木村明洋
第６４回 日本植物生理学会年会 2023年3月15日 日本植物生理学会
-
遠赤色光に適応した光化学系Iの光捕集におけるChlorophyll-fとRed-Chlorophyllの役割に関する理論的研究 国際会議
中村有花、大河内幹仁、伊藤 繁、木村明洋
第６０回日本生物物理学会年会 2022年9月28日 日本生物物理学会
-
ヘリオバクテリア反応中心におけるChl-aFからBChl-gへの励起エネルギー移動速度の理論的解析 国際会議
下岡 渉、木村明洋 、鬼頭宏任、伊藤 繁
第６０回日本生物物理学会年会 2022年9月30日 日本生物物理学会
-
Exciton states on the Type-I reaction center of green sulfur bacterium Chlorobaculum tepidum studied by genetic manipulation of bacteriochlorophyll a and the structure-based theoretical modeling 国際会議
Chihiro Azai, Hirozo Oh-oka, Hirotaka Kitoh-Nishioka, Akihiro Kimura, Shigeru Itoh
International Congress on Photosynthesis Research 2022 2022年8月2日 International Society of Photosynthesis Research
-
異なる色素種をもつ多様な光化学系I型反応中心上での励起エネルギー移動機構の理論的研究
中村有花、下岡渉、⻤頭宏任、伊藤繁、木村明洋
量子生命科学会第４回大会 2022年5月26日 一般社団法人量子生命科学会
-
遠赤色光型反応中心 A. marina PSI の 光捕集におけるクロロフィル d の役 割:クロロフィル a を持つ T. elongatus PSI との比較
木村明洋、鬼頭宏任、青田俊道、浜口祐、米倉功治、川上恵典、新沢-伊藤恭子、井上-菓子野名津子、伊福健太郎、菓子野康浩、山下栄樹、伊藤繁
第12回日本光合成学会年会 2022年5月20日 日本光合成学会
-
緑色硫⻩細菌 I 型反応中心の励起状態の理論計算と主要 BChl-a 除去実験
伊藤繁、木村明洋、鬼頭宏任、浅井智広、大岡宏造
第12回日本光合成学会年会 2022年5月20日 日本光合成学会
-
クロロフィル d を使い近赤外光を利用するシアノバクテリア Acaryochloris marina の PSI 反応中心の理 論モデルとクロロフィル交換モデルの作成
木村明洋, 鬼頭宏任, 青田俊道, 浜口祐, 米倉功治, 川上恵典, 新沢-伊藤恭子, 井上-菓子野名津子, 伊福健太郎, 菓子野康浩, 山下栄樹, 伊藤繁
第63回日本植物生理学会年会 2022年3月24日 日本植物生理学会
-
Chlorophyll-f を含む遠赤色光型光化学系 I の光捕集における Red-Chlorophyll の役割に関する理論的研究
中村有花, 大河内幹仁, 伊藤繁, 木村明洋
日本物理学会 第７７回年次大会 2022年3月15日 日本物理学会
-
クロロフィルdを持つ遠赤色光型反応中心 A. marina PSIの光捕集機構に関する理論解析:クロロフィル a-型PSIとの比較
木村明洋, 鬼頭宏任, 青田俊道, 浜口祐, 米倉功治, 川上恵典, 新沢-伊藤恭子, 井上-菓子野名津子, 伊福健太郎, 菓子野康浩, 山下栄樹, 伊藤繁
日本物理学会 第７７回年次大会 2022年3月15日 日本物理学会
-
A. marina の光化学系 I の光捕集機構:T. elongatus の光化学系 I との比較 国際会議
木村明洋,鬼頭宏任,浜口祐,米倉功治,川上恵典,菓子野康浩,伊藤繁
第59回日本生物物理学会年会 日本生物物理学会
-
細菌と植物のもつ多様な光合成 I 型反応中心の光捕集機能に関する比較
木村明洋、鬼頭宏任、浜口祐、米倉功治、川上恵典、菓子野康浩、浅井智広、大岡宏造、伊藤繁
量子生命科学会 第３回大会 2021年9月16日 一般社団法人量子生命科学会
-
I型光合成反応中心の構造と機能に関する多様性：ヘリオバクテリア反応中心と光化学系Iとの比較
木村明洋、鬼頭宏任、重田育照、伊藤繁
第28回「光合成セミナー2021」 2021年6月26日
-
ヘリオバクテリアI型反応中心の光捕集特性の理論モデル： PSI反応中心との比較と進化
木村明洋、鬼頭宏任、重田育照、伊藤繁
第11回日本光合成学会年会 2021年5月28日 日本光合成学会
-
ヘリオバクテリア I 型反応中心と PSI の in silico モデル比較 : 色素サイトエネルギー分布と励起移動
ヘリオバクテリア I 型反応中心と PSI の in silico モデル比較 : 色素サイトエネルギー分布と励起移動
第62回日本植物生理学会年会 2021年3月14日 日本植物生理学会
-
ヘリオバクテリアI型反応中心と光化学系Iにおける光捕集機能の解析と比較
木村明洋, 鬼頭宏任, 重田育照, 伊藤繁
量子生命科学会第２回大会 2020年12月23日
-
対称 I 型ヘリバクテリア反応中心光捕集過程の理論解析と光化学系 I との比較
木村明洋, 鬼頭宏任, 重田育照, 伊藤繁
日本生物物理学会第58回年会 2020年9月 日本生物物理学会
-
ヘリオバクテリアI型反応中心の光捕集機構の理論解析：光化学系Iとの機能的差異
木村明洋, 鬼頭宏任, 重田育照, 伊藤繁
日本物理学会 2020年秋季大会 2020年9月 日本物理学会
-
時間依存繰り込み量子マスター方程式の導出とその数値解析
木村明洋
日本物理学会 2017年秋季大会
-
Theory of Time-dependent Projection operator and it's Renormalization for Quantum Master Equation 国際会議
Akihiro Kimura
IGER International Symposium on Physics of Life
-
時間依存くりこみ操作による励起子緩和理論 II
木村明洋
日本物理学会 2016年秋季大会
-
時間依存くりこみ操作による励起子緩和理論：数値解析
木村明洋
日本物理学会 第71回年次大会
-
Improvement of Variational Master Equation and Domain Analysis for Excitation Energy Transfer in the Photosynthetic Antenna System 国際会議
Akihiro Kimura
The 4th IGER International Symposium on Science of Molecular Assembly and Biomolecular Systems
-
Quantitative refinement of the theory of the improved variational master equation
-
励起移動を記述する変分マスター方程式理論の改良III：速度定数の高次補正
木村明洋, 藤橋裕太
日本物理学会 2014年秋期大会
-
励起移動を記述する変分マスター方程式の改良II
藤橋裕太, 木村明洋
日本物理学会第69回年次大会
-
Improvement of the theory of variational master equation for describing excitation energy transfer, and analyzing the mechanism of excitation energy transfer in photosystem II 国際会議
Y. Fujihashi, and A. Kimura
The 16th International Congress on Photosynthesis
-
自由エネルギー最小状態の探索に基づくPSII内における励起子状態の解析
藤橋裕太、木村明洋
日本物理学会第68回年次大会
-
励起移動を記述する変分マスター方程式の改良およびPSIIへの適用 国際会議
藤橋裕太, 木村明洋
生物物理学会第50回年会
-
Excitation energy transfer in the photosynthetic antenna systems 国際会議
Akihiro Kimura
IGER International Symposium on Science of Molecular Assembly and Biomolecular Systems 2012
-
励起移動を記述する変分マスター方程式の改良
藤橋裕太, 木村明洋
日本物理学会 第67回年次大会
-
三つの色素会合体内における励起エネルギー移動理論の構築
木村明洋
日本物理学会 第６６回年次大会
-
光化学系II二量体におけ励起移動の理論的解析
藤橋裕太、西俊輔、柴田穣、木村明洋
日本物理学会 第６６回年次大会
-
ドナー-メディエイター-アクセプター系での励起エネルギー移動の理論
日本物理学会2009年秋期大会
-
二量体中の励起エネルギー移動に関する改善した理論
木村明洋、垣谷俊昭
日本物理学会第63回年次大会
科研費 2
-
研究課題/研究課題番号：20K03880 2020年4月 - 2023年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
木村 明洋, 伊藤 繁, 鬼頭 宏任
担当区分：研究代表者
配分額：4290000円 （ 直接経費：3300000円 、 間接経費：990000円 ）
光合成の機能と進化に関する研究において、絶対嫌気性細菌ヘリオバクテリアの反応中心(hRC)は、最古最単純な反応中心の一つであるため、その反応機構解明は重要である。 本研究は、多様な光合成反応中心の構造、機能、色素系の進化に関する関係性を明らかにする。
具体的には、hRCの光学特性や反応過程の全貌を理論的に解明する。励起子ダイナミクスの理論と量子化学的計算手法を組み合わせ、hRCの実験データと比較する。特に、様々なRCが持つ色素種を仮想的に置き換えてその物性の変化を引き出し、機能的差異を見出す。そして、植物や紅色細菌など複雑で色素種も異なる多様なRCそれぞれが持つ反応機構の差異を理論的に検討する。
多様な光合成生物の光合成反応中心(RC)が持つ、光捕集/電荷分離反応機構は生物物理学的にどのような関係にあり、 かつ、進化の過程でどのように機能的差異を生み出してきたのかを解明することを目的としている。A. marinaは遠赤色光を利用して酸素発生型光合成反応を起こすが、どのように遠赤色光から光合成反応を引き起こすかは未解明であった。本年度は、2021年にA. marina光化学系I(AmPSI)の構造情報が解明されたため、その光学特性及び光捕集機構の解明を行った。特に、AmPSIの実測による分光学的スペクトルや励起移動ダイナミクスの定量的再現を行うため、AmPSI光捕集機構モデルの構築を行った。特に、各色素周辺の環境の違いによるサイトエネルギーの不均一性を量子化学計算によって導入/解析してモデルを構築した。具体的には、Poisson-TrESP法による励起子結合強度計算とCharge Density Coupling (CDC)法によるサイトエネルギー計算を実行してAmPSIの励起子モデルを作成した。AmPSIの分光学的特性を再現させる励起子モデルを用いて、光捕集反応の反応時定数を再現できている事を確認した。そこで、可視光を利用して酸素発生型光合成反応を起こすT. elongatusの光化学系I (TePSI)の構造を用いて、光捕集機構に関するAmPSIとの機能的差異を比較した。 そのために、AmPSI内のChl-dをChl-aへと色素交換させる仮想実験を行った。その結果、 AmPSI内の各色素周辺の静電環境はTePSIの場合と非常に類似していることが明らかとなり、遠赤色光による光捕集機能を持つ起源がChl-dによることが明らかとなった。すなわち、A. marinaは、遠赤色光で光合成反応を引き起こすために、Chl-dを利用する様に最適化していることを明らかにした。
初年度に行ったヘリオバクテリア非酸素発生型I型反応中心(hRC)が持つBChl-gのQy吸収帯周辺に関する光捕集機構の全貌を、量子化学計算を組み合わせた励起子状態の解析によって吸収/CDスペクトルや過渡吸収差スペクトルを求めて明らかにした。そして、hRCとTePSIの機能的差異を明らかにした(Journal of Physical Chemistry Bに掲載済み)。また、AmPSIの光捕集特性の解明と共に、TePSIの各励起子モデルを比較検討することで機能的差異を明確にできた。AmPSIの光捕集機構解明の研究内容は論文としてまとめ、アメリカ化学会のJournal of Physical Chemistry Bに投稿中である。 その他に、可視光を利用して光合成反応を起こす一部のシアノバクテリアが持つPSIを、遠赤色光下で生育させると遠赤色光を利用して光合成反応を引き起こす遠赤色光型PSI(FR-PSI)作り出すことがわかっている。近年このFR-PSIの構造解析や分光学的実験が行われているが、その光捕集機構に関する理論的研究は報告されていない。そこで、FR-PSIが遠赤色光を利用してどのように光捕集を引き起こしているかを解析中である。なお、FR-PSIを遠赤色で仮想的に励起させた後のuphill励起移動を定性的に説明する励起子モデルを作成中である。一部の結果は日本物理学会第77回年会で報告をした。引き続き調査をすすめ、論文としてまとめ学術雑誌に投稿する予定である。また、I型RCの中では最も単純で始原的な緑色硫黄細菌が持つ反応中心 (gRC)の三次元構造が2020年に報告されており、その機能解析も引き続き継続中である。そこで、FR-PSIやgRC の持つ光捕集機構と各RC間の機能的差異を明らかにするため、現在FR-PSIとgRCそれぞれの光学特性の解明を行なっている。
I型RCとしてhRC, FR-PSI, gRCそしてグレオバクターPSIの様に、近年様々なI型RCの構造報告がなされている。今後の研究の推進方策として以下の様に進めていく。
1) FR-PSIは主要色素としてChl-aを多くもちながら、一部Chl-fに置き換えられた遠赤色光を利用して電荷分離反応を起こするRCである。hRCは、BChl-g以外に可視光で光吸収するChl-aFを2つ持っており、電子伝達体の中に埋め込まれている。実験的に、Chl-aFを選択励起させた場合でも、光捕集及び電荷分離反応が起こることが実験的に確認されている。hRC内のChl-aFを選択励起させた場合の光捕集過程を解明するために過渡吸収分光に関する実験結果を再現する理論研究を行う。また、gRCは緑色硫黄細菌が持つRCであり、BChl-aを持つ。gRC内にも4つのChl-a位置情報が明らかとなった。そこで、gRC中のBChl-aおよびChl-aの吸収帯周辺の光でgRCを選択励起させた後の光捕集過程の解析を進めている。 最近、BChl-a, Chl-aからなるアシドバクテリアRCの高分解能構造解析が報告され、その色素配置はgRCに非常に似ていることが明らかとなった。アシドバクテリアRCの構造はgRCの構造分解能に比べて非常に高いため、gRCの機能解析と共に比較しながら光捕集機能の差異を検討する。
2) 以上のように近年に多様なI型RCに関する構造情報が多く報告されてきたこれらのI型RC構造情報に基づいた各RC毎の差異は議論されているが、光捕集に関する機能的差異は検討されていない。1)の各I型RCの機能に関する調査を取りまとめたあと、II型RCを含めて多様なRC間の機能的差異から、環境毎で異なる光をどのようにして利用し、光合成生物として進化最適化してきたかを俯瞰的に整理し、そこに潜む物理的機構を解明する。 -
研究課題/研究課題番号：20K06684 2020年4月 - 2024年3月
科学研究費助成事業 基盤研究(C)
伊藤 繁, 木村 明洋, 井原 邦夫
担当区分：研究分担者
近年発見された、 Chl a(クロロフィルa)より長波長に吸収帯をもつ① Chl d, ②Chl f, ③会合型Chl a (red-Chl a)色素（図１）のいずれかにより、700-800nmの近赤外光だけでも光合成可能なシアノバクテリア、藻類、コケの「近赤外光を使う酸素発生型光合成（FR-O２型光合成）」の光反応機構を検討する。生化学、生物物理的解析、ピコ秒レーザ分光実験などを行い、励起子理論モデルを用いて理論解析する。さらに広範な「FR-O２型光合成系」を調べ、従来の可視光型光合成との違い、多様性、変動範囲、限界を確認し、その「秘められた能力」を理解して応用を考える。
可視光を使う植物の酸素発生型光合成はよく研究されてきたが、より低エネルギーの近赤外光を使う光合成については理解が遅れている。植物とシアノバクテリアの酸素発生光合成では、クルロフィルa （Chl a）の吸収する400-700nmの可視光を使い、光合成細菌の非酸素発生型光合成では(バクテリオクロロフィル（BChl ）が吸収する380-900nmの近赤外(FR)光を使う。この間の光を使う酸素発生光合成系「FR－O2型光合成」を我々は１９９８年に報告した。最近似た系が多数みつかった。この「FR－O2型光合成」は、海中、土壌表層、生物堆積下層など可視光が少ない環境中で営まれる新型光合成系である。
本研究では、Chlaの代わりに740nm光を利用できるChldをもつシアノバクテリア種・アカリオクロリスの光化学系中心（PSⅠ)の、長く未解明であった構造を、低温電子線回折で明らかにした。この反応中心は’98年に我々が初めて精製し、反応中心Chl d-2量体をP740と命名した。この反応中心構造をを使いさらに理論解析をすすめた。これと別のChlfとChlaを使いFR－O2光合成をする反応中心でも検討を進めた。また、Chlf型10種 、Chl d型アカリオ属7株、red-Chl a型南極コケ１種の光反応を調べた。
FR－O2光合成以外に、シアノPSI(96Chl aをもつ)と似た構造で BChl-gをもつヘリオバクテリアのI型反応中心の理論解析を行った。色素間相互作用の量子理論モデルを構築し、超高速エネルギー移動過程を計算機上で再現した。さらに、これらでクロロフィルを相互に置き換えた仮想実験系をin silicoで作り、機能比較と、進化的考察を行い、FR－O2光合成系と比較した。人工光合成系開発への利用も検討している。関連論文発表４編、学会発表６件を行った。
新型のクロロフィル（Chl d）を持つシアノバクテリア・アカリオクロリス種の光化学系I反応中心複合体の分子構造決定を行った。同系統でより原始的で類似した構造をもつ、ヘリオバクテリアのI型反応中心上のクロロフィル集団上での励起エネルギー移動の理論解析をおこなった。さらにBChl aを持ち、数も異なる、より原始的な緑色硫黄細菌のI型反応中心の理論解析を進めている。この系については遺伝子操作で色素を一部取り除いた際の効果の分光実験を終えており、2021年末に解明された構造にもとづく理論解析と合わせて検討中である。我々が構造決定したアカリオクロリスPSI上での色素配置、色素とタンパク質の間相互作用の理論解析を行っている。この他のFar-red光合成系についても検討をすすめている。
far-red光合成系の特製,分子機構の理解のために、理論家との共同研究を精力的に進める。Chl dを持つアカリオクロリスのPSI、ChlfをChl aに合わせてもつシアノバクテリアPSI, 反応中心以外のChl a会合体を結合してFR光を吸収するPSI、を対象に研究を進める。クロロフィル分子の相互配置・相互作用により生じる励起子状態群のシミュレーション計算と、個別クロロフィルの結合部位毎にタンパク質環境が作り出す部位エネルギー値の理論計算をPSI及び、2018年に構造解明されたヘリオバクテリアのI型反応中心（BChl gをもつ）で進めつつある。これを発展させ、光合成反応中心上で,色素の種類、配置を変える際の光捕集やエネルギー移動への影響を計算機モデル上で理論評価する。さらにより原始的で,2021年に構造決定された緑色硫黄細菌反応中心での検討を行う。量子論で、環境応答や、進化にともなう反応中心複合体の構造と特性の変化を予測し、光合成の進化、適応への理解を進めたい。生物現象の中でも、物理過程・原理から研究しやすい光合成系は、進化や適応の検討に適したモデルであり、新しい展開を考えている。
担当経験のある科目 (本学) 13
-
物理学演習III
2017
-
物理学演習I-2
2017
-
物理学演習III
2016
-
物理学演習I-2
2016
-
物理学演習II
2015
-
物理学演習III
2015
-
物理学演習III
2014
-
物理学演習II
2014
-
物理学演習III
2013
-
物理学演習II
2013
-
物理学演習II
2012
-
物理学演習III
2012
-
物理学セミナーIV-1
2011