研究者詳細 - 梅名　泰史

2024/03/29 更新

写真a

ウメナ　ヤスフミ

梅名　泰史

UMENA Yasufumi

所属

シンクロトロン光研究センターシンクロトロン光利用研究部門准教授

大学院担当

大学院工学研究科

外部リンク

学位 1

博士（理学）（ 2007年6月大阪大学）

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研究キーワード 6

蛋白質結晶学
生化学
X線結晶学
光合成
分子生物学
構造生物学

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研究分野 1

ライフサイエンス / 構造生物化学 / 蛋白質結晶学

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経歴 8

名古屋大学シンクロトロン光研究センター准教授

2021年4月 - 現在
自治医科大学医学部

2020年4月 - 2021年3月
岡山大学異分野基礎科学研究所特別契約職員准教授

2016年4月 - 2020年3月
岡山大学光合成研究センター特別契約職員准教授

2015年1月 - 2016年3月
日本学術振興会さきがけ研究員

2011年10月 - 2015年3月
大阪市立大学複合先端研究機構特任准教授

2011年10月 - 2014年12月
大阪大学蛋白質研究所超分子構造解析学研究系特任研究員

2010年4月 - 2011年9月
大阪市立大学理学研究科構造生物学研究室（神谷研究室）博士研究員

2007年7月 - 2010年3月

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学歴 2

大阪大学大学院理学研究科高分子科学専攻博士課程

2004年4月 - 2007年3月
京都大学大学院理学研究科原子炉実験所特別研究学生

2004年4月 - 2007年3月

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所属学協会 4

日本蛋白質科学会
日本光合成学会
日本生物物理学会
日本結晶学会

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委員歴 3

SPring-8シンポジウム2019 現地実行委員

2019年2月 - 2019年9月

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団体区分：学協会
SPring-8ユーザー共同体放射光構造生物学研究会幹事

2016年4月 - 現在

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団体区分：学協会
第56回日本生物物理学会年会実行委員

2016年4月 - 2018年9月

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団体区分：学協会

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受賞 3

Outstanding Poster Award

2014年9月 15th International Conference on the Crystallization of Biological Macromolecules "New approach in photosystem II crystal handlings: characterization using near-infrared imaging, dehydration of the glue coating crystals using humid gas and laser-processing to cylinder-shaped crystals"

梅名泰史
特別賞光と緑の賞

2012年6月日本光合成学会「酸素発生光化学系IIの1.9Å分解能における結晶構造」

梅名泰史, 川上恵典, 神谷信夫, 沈建仁
進歩賞

2011年11月日本結晶学会「酸素発生光化学系IIの構造と機能に関する結晶学的研究」

梅名泰史

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論文 65

The Blinking of Small-Angle X-ray Scattering Reveals the Degradation Process of Protein Crystals at Microsecond Timescale 査読有り

Arai, T; Mio, K; Onoda, H; Chavas, LMG; Umena, Y; Sasaki, YC

INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES 24 巻 ( 23 ) 2023年12月

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記述言語：英語

DOI： 10.3390/ijms242316640

Web of Science

PubMed
Biological Advantage of the Arrangements of C-Phycocyanin Chromophores in Phycobilisome from the Electronic Energy Transfer Viewpoint 査読有り

Mishima, K; Shoj, M; Umena, Y; Shigeta, Y

BULLETIN OF THE CHEMICAL SOCIETY OF JAPAN 96 巻 ( 4 ) 頁： 381 - 393 2023年4月

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DOI： 10.1246/bcsj.20220334

Web of Science
Development of serial X-ray fluorescence holography for radiation-sensitive protein crystals

Ang, AKR; Umena, Y; Sato-Tomita, A; Shibayama, N; Happo, N; Marumi, R; Yamamoto, Y; Kimura, K; Kawamura, N; Takano, Y; Matsushita, T; Sasaki, YC; Shen, JR; Hayashi, K

JOURNAL OF SYNCHROTRON RADIATION 30 巻 ( Pt 2 ) 頁： 368 - 378 2023年3月

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記述言語：英語出版者・発行元：Journal of Synchrotron Radiation

X-ray fluorescence holography (XFH) is a powerful atomic resolution technique capable of directly imaging the local atomic structure around atoms of a target element within a material. Although it is theoretically possible to use XFH to study the local structures of metal clusters in large protein crystals, the experiment has proven difficult to perform, especially on radiation-sensitive proteins. Here, the development of serial X-ray fluorescence holography to allow the direct recording of hologram patterns before the onset of radiation damage is reported. By combining a 2D hybrid detector and the serial data collection used in serial protein crystallography, the X-ray fluorescence hologram can be directly recorded in a fraction of the measurement time needed for conventional XFH measurements. This approach was demonstrated by obtaining the Mn Kα hologram pattern from the protein crystal Photosystem II without any X-ray-induced reduction of the Mn clusters. Furthermore, a method to interpret the fluorescence patterns as real-space projections of the atoms surrounding the Mn emitters has been developed, where the surrounding atoms produce large dark dips along the emitter–scatterer bond directions. This new technique paves the way for future experiments on protein crystals that aim to clarify the local atomic structures of their functional metal clusters, and for other related XFH experiments such as valence-selective XFH or time-resolved XFH.

DOI： 10.1107/S1600577522011833

Web of Science

Scopus

PubMed
Dynamic interactions in the l-lactate oxidase active site facilitate substrate binding at pH4.5. 査読有り

Furubayashi N, Inaka K, Kamo M, Umena Y, Matsuoka T, Morimoto Y

Biochemical and biophysical research communications 568 巻頁： 131 - 135 2021年9月

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記述言語：英語

DOI： 10.1016/j.bbrc.2021.06.078

PubMed
Capturing structural changes of the S<sub>1</sub> to S<sub>2</sub> transition of photosystem II using time-resolved serial femtosecond crystallography 査読有り

Li, HJ; Nakajima, Y; Nomura, T; Sugahara, M; Yonekura, S; Chan, SK; Nakane, T; Yamane, T; Umena, Y; Suzuki, M; Masuda, T; Motomura, T; Naitow, H; Matsuura, Y; Kimura, T; Tono, K; Owada, S; Joti, Y; Tanaka, R; Nango, E; Akita, F; Kubo, M; Iwata, S; Shen, JR; Suga, M

IUCRJ 8 巻 ( Pt 3 ) 頁： 431 - 443 2021年5月

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記述言語：英語出版者・発行元：IUCrJ

Photosystem II (PSII) catalyzes light-induced water oxidation through an S i-state cycle, leading to the generation of di-oxygen, protons and electrons. Pump-probe time-resolved serial femtosecond crystallography (TR-SFX) has been used to capture structural dynamics of light-sensitive proteins. In this approach, it is crucial to avoid light contamination in the samples when analyzing a particular reaction intermediate. Here, a method for determining a condition that avoids light contamination of the PSII microcrystals while minimizing sample consumption in TR-SFX is described. By swapping the pump and probe pulses with a very short delay between them, the structural changes that occur during the S1-to-S2 transition were examined and a boundary of the excitation region was accurately determined. With the sample flow rate and concomitant illumination conditions determined, the S2-state structure of PSII could be analyzed at room temperature, revealing the structural changes that occur during the S1-to-S2 transition at ambient temperature. Though the structure of the manganese cluster was similar to previous studies, the behaviors of the water molecules in the two channels (O1 and O4 channels) were found to be different. By comparing with the previous studies performed at low temperature or with a different delay time, the possible channels for water inlet and structural changes important for the water-splitting reaction were revealed.

DOI： 10.1107/S2052252521002177

Web of Science

Scopus

PubMed
Estimation of the relative contributions to the electronic energy transfer rates based on Förster theory: The case of C-phycocyanin chromophores. 査読有り

Mishima K, Shoji M, Umena Y, Boero M, Shigeta Y

Biophysics and physicobiology 18 巻頁： 196 - 214 2021年

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記述言語：英語

DOI： 10.2142/biophysico.bppb-v18.021

PubMed
Mn の価数分析に向けたレーザー加工による光化学 II 蛋白質結晶の改良査読有り

梅名泰史, 川上恵典, 河野能顕, 山本雅貴, 神谷信夫, 沈建仁

SPring-8/SACLA利用研究成果集 9 巻 ( 4 ) 頁： 177 - 181 2021年

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記述言語：日本語出版者・発行元：公益財団法人高輝度光科学研究センター

光合成で働く光化学系 II 蛋白質（PSII）の活性中心 Mn<sub>4</sub>CaO<sub>5</sub> クラスターの Mn は III 価と IV 価と考えられているが、具体的な各 Mn の価数は議論中である。本研究では、Mn の K- 吸収端波長で測定した異常分散項の電子密度マップから価数の分析を計画した。しかし、不均一な厚みの結晶ではＸ線吸収が変動するため、異常分散項の測定精度が課題であった。本研究は、UV レーザー加工機によって PSII 結晶を円柱状に加工することで回折強度データを改善した報告である。

DOI： 10.18957/rr.9.4.177
Formation of the High-Spin S<sub>2</sub> State Related to the Extrinsic Proteins in the Oxygen Evolving Complex of Photosystem II 査読有り

Taguchi, S; Shen, LL; Han, GY; Umena, Y; Shen, JR; Noguchi, T; Mino, H

JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY LETTERS 11 巻 ( 20 ) 頁： 8908 - 8913 2020年10月

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記述言語：英語出版者・発行元：Journal of Physical Chemistry Letters

The high-spin S2 state was investigated with photosystem II (PSII) from spinach, Thermosynechococcus vulcanus, and Cyanidioschyzon merolae. In extrinsic protein-depleted PSII, high-spin electron paramagnetic resonance (EPR) signals were not detected in either species, whereas all species showed g ∼5 signals in the presence of a high concentration of Ca2+ instead of the multiline signal. In the intact and PsbP/Q-depleted PSII from spinach, the g = 4.1 EPR signal was detected. These results show that formation of the high-spin S2 state of the manganese cluster is regulated by the extrinsic proteins through a charge located near the Mn4 atom in the Mn4CaO5 cluster but is independent of the intrinsic proteins. The shift to the g ∼5 state is caused by tilting of the z-axis in the Mn4 coordinates through hydrogen bonds or external divalent cations. The structural modification may allow insertion of an oxygen atom during the S2-to-S3 transition.

DOI： 10.1021/acs.jpclett.0c02411

Web of Science

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PubMed
X-ray fluorescence holography for soft matter 査読有り

Ang, AKR; Sato-Tomita, A; Shibayama, N; Umena, Y; Happo, N; Marumi, R; Kimura, K; Matsushita, T; Akagi, K; Sasaki, T; Sasaki, YC; Hayashi, K

JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 59 巻 ( 1 ) 2020年1月

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記述言語：日本語出版者・発行元：Japanese Journal of Applied Physics

X-ray fluorescence holography (XFH) is a technique that can directly image the 3D arrangement of atoms around an element in a sample. The holograms contain both intensity and phase information, allowing atomic reconstruction without needing prior structural information or a tentative structural model. XFH has already been used to reveal the local structures of various inorganic samples, and recently, work has begun on XFH for soft matter. In this paper, we review the progress of XFH on soft materials. First, we review the fundamental principles of XFH. Second, we review inverse mode XFH on soft materials, and the results of the experiments on hemoglobin, myoglobin, and κ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Br crystals. In the last section, we report the progress of the development of normal mode holography for soft materials. The new apparatus and scanning method is described, and results of the initial tests on the protein Photosystem II are discussed.

DOI： 10.7567/1347-4065/ab5d55

Web of Science

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An alternative plant-like cyanobacterial ferredoxin with unprecedented structural and functional properties 査読有り

Motomura, T; Zuccarello, L; Sétif, P; Boussac, A; Umena, Y; Lemaire, D; Tripathy, JN; Sugiura, M; Hienerwadel, R; Shen, JR; Berthomieu, C

BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA-BIOENERGETICS 1860 巻 ( 11 ) 頁： 148084 2019年11月

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記述言語：英語出版者・発行元：Biochimica et Biophysica Acta - Bioenergetics

Photosynthetic [2Fe-2S] plant-type ferredoxins have a central role in electron transfer between the photosynthetic chain and various metabolic pathways. Several genes are coding for [2Fe–2S] ferredoxins in cyanobacteria, with four in the thermophilic cyanobacterium Thermosynechococcus elongatus. The structure and functional properties of the major ferredoxin Fd1 are well known but data on the other ferredoxins are scarce. We report the structural and functional properties of a novel minor type ferredoxin, Fd2 of T. elongatus, homologous to Fed4 from Synechocystis sp. PCC 6803. Remarkably, the midpoint potential of Fd2, Em = −440 mV, is lower than that of Fd1, Em = −372 mV. However, while Fd2 can efficiently react with photosystem I or nitrite reductase, time-resolved spectroscopy shows that Fd2 has a very low capacity to reduce ferredoxin-NADP+ oxidoreductase (FNR). These unique Fd2 properties are discussed in relation with its structure, solved at 1.38 Å resolution. The Fd2 structure significantly differs from other known ferredoxins structures in loop 2, N-terminal region, hydrogen bonding networks and surface charge distributions. UV–Vis, EPR, and Mid- and Far-IR data also show that the electronic properties of the [2Fe–2S] cluster of Fd2 and its interaction with the protein differ from those of Fd1 both in the oxidized and reduced states. The structural analysis allows to propose that valine in the motif Cys53ValAsnCys56 of Fd2 and the specific orientation of Phe72, explain the electron transfer properties of Fd2. Strikingly, the nature of these residues correlates with different phylogenetic groups of cyanobacterial Fds. With its low redox potential and its discrimination against FNR, Fd2 exhibits a unique capacity to direct efficiently photosynthetic electrons to metabolic pathways not dependent on FNR.

DOI： 10.1016/j.bbabio.2019.148084

Web of Science

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PubMed
An oxyl/oxo mechanism for oxygen-oxygen coupling in PSII revealed by an x-ray free-electron laser 査読有り

Suga Michihiro, Akita Fusamichi, Yamashita Keitaro, Nakajima Yoshiki, Ueno Go, Li Hongjie, Yamane Takahiro, Hirata Kunio, Umena Yasufumi, Yonekura Shinichiro, Yu Long-Jiang, Murakami Hironori, Nomura Takashi, Kimura Tetsunari, Kubo Minoru, Baba Seiki, Kumasaka Takashi, Tono Kensuke, Yabashi Makina, Isobe Hiroshi, Yamaguchi Kizashi, Yamamoto Masaki, Ago Hideo, Shen Jian-Ren

SCIENCE 366 巻 ( 6463 ) 頁： 334 - + 2019年10月

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記述言語：日本語

Web of Science
An oxyl/oxo mechanism for oxygen-oxygen coupling in PSII revealed by an x-ray free-electron laser

Suga M., Akita F., Yamashita K., Nakajima Y., Ueno G., Li H., Yamane T., Hirata K., Umena Y., Yonekura S., Yu L.J., Murakami H., Nomura T., Kimura T., Kubo M., Baba S., Kumasaka T., Tono K., Yabashi M., Isobe H., Yamaguchi K., Yamamoto M., Ago H., Shen J.R.

Science 366 巻 ( 6463 ) 頁： 334 - 338 2019年10月

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記述言語：日本語出版者・発行元：Science

Photosynthetic water oxidation is catalyzed by the Mn4CaO5 cluster of photosystem II (PSII) with linear progression through five S-state intermediates (S0 to S4). To reveal the mechanism of water oxidation, we analyzed structures of PSII in the S1, S2, and S3 states by x-ray free-electron laser serial crystallography. No insertion of water was found in S2, but flipping of D1 Glu189 upon transition to S3 leads to the opening of a water channel and provides a space for incorporation of an additional oxygen ligand, resulting in an open cubane Mn4CaO6 cluster with an oxyl/oxo bridge. Structural changes of PSII between the different S states reve cooperative action of substrate water access, proton release, and dioxygen formation in photosynthetic water oxidation.

DOI： 10.1126/science.aax6998

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PubMed
A versatile experimental system for tracking ultrafast chemical reactions with X-ray free-electron lasers 査読有り

Katayama, T; Nozawa, S; Umena, Y; Lee, S; Togashi, T; Owada, S; Yabashi, M

STRUCTURAL DYNAMICS-US 6 巻 ( 5 ) 頁： 054302 2019年9月

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記述言語：英語出版者・発行元：Structural Dynamics

An experimental system, SPINETT (SACLA Pump-probe INstrumEnt for Tracking Transient dynamics), dedicated for ultrafast pump-probe experiments using X-ray free-electron lasers has been developed. SPINETT consists of a chamber operated under 1 atm helium pressure, two Von Hamos spectrometers, and a large two-dimensional detector having a short work distance. This platform covers complementary X-ray techniques; one can perform time-resolved X-ray absorption spectroscopy, time-resolved X-ray emission spectroscopy, and time-resolved X-ray diffuse scattering. Two types of liquid injectors have been prepared for low-viscosity chemical solutions and for protein microcrystals embedded in a matrix. We performed a test experiment at SPring-8 Angstrom Compact free-electron LAser and demonstrated the capability of SPINETT to obtain the local electronic structure and geometrical information simultaneously.

DOI： 10.1063/1.5111795

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PubMed
Novel Mechanism of Cl-Dependent Proton Dislocation in Photosystem II (PSII): Hybrid Ab initio Quantum Mechanics/Molecular Mechanics Molecular Dynamics Simulation 査読有り

Nakamura, A; Kang, J; Terada, R; Kino, H; Umena, Y; Kawakami, K; Shen, JR; Kamiya, N; Tateno, M

JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN 88 巻 ( 8 ) 2019年8月

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記述言語：日本語出版者・発行元：Journal of the Physical Society of Japan

The photosynthetic water oxidation reaction in photosystem II (PSII) causes the ejection of four protons (H+) and electrons from the substrate water bound to the Mn4CaO5 cluster, denoting the catalytic center of the system. Two Cl− ions, Cl1 and Cl2 sites, were found in the vicinity of the Mn4CaO5 moiety. Herein, a novel H+ transfer mechanism (amide H+ exchange-driven scheme) was identified to operate in the Cl2 pathway based on the hybrid ab initio quantum mechanics (QM) molecular dynamics (MD) simulations of PSII. The analysis revealed that H+ can be displaced across the peptide bond of the D1-His337 and D1-Asn338 backbones, interrupting the hydrogen bond network spanning to the lumenal side in the crystal structure. The estimated energy barrier was consistent with the previous kinetic data. This is the first report to address unidirectional H+ transfer through a peptide bond based on the theoretical analysis involving the environmental protein structure.

DOI： 10.7566/JPSJ.88.084802

Web of Science

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β-Carotene Probes the Energy Transfer Pathway in the Photosystem II Core Complex 査読有り

Yoneda, Y; Nagasawa, Y; Umena, Y; Miyasaka, H

JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY LETTERS 10 巻 ( 13 ) 頁： 3710 - 3714 2019年7月

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記述言語：英語出版者・発行元：Journal of Physical Chemistry Letters

The dynamics of the intact photosystem II core complex (PSII-CC) has been investigated extensively to elucidate its excellent photofunction. However, it is significantly difficult to observe the primary photosynthetic processes in PSII-CC because a vast number of chlorophylls (Chl) in the core complex show similar spectral features. In the present work, the dynamics of the energy transfer (ET) from β-carotene (Bcr) in intact PSII-CC followed by charge separation (CS) at the reaction center (RC) with different excitation wavelengths were compared. Upon excitation at 510 nm, which selectively excites Bcr (Bcr651) inside of the D1-D2 RC, the pheophytin anion absorption band appeared within 9.6 ps. On the other hand, upon excitation at 490 nm, mainly exciting unspecified Bcr in the antenna complex, the anion band appeared after 20 ps. These excitation wavelength dependence experiments revealed a new ET pathway of PSII-CC, which indicates that the initial CS of PSII-CC is limited by ET to the RC.

DOI： 10.1021/acs.jpclett.9b01072

Web of Science

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PubMed
Structural basis for blue-green light harvesting and energy dissipation in diatoms

Wang, WD; Yu, LJ; Xu, CZ; Tomizaki, T; Zhao, SH; Umena, Y; Chen, XB; Qin, XC; Xin, YY; Suga, M; Han, GY; Kuang, TY; Shen, JR

SCIENCE 363 巻 ( 6427 ) 頁： 598 - + 2019年2月

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記述言語：英語出版者・発行元：Science

Diatoms are abundant photosynthetic organisms in aquatic environments and contribute 40% of its primary productivity. An important factor that contributes to the success of diatoms is their fucoxanthin chlorophyll a/c-binding proteins (FCPs), which have exceptional light-harvesting and photoprotection capabilities. Here, we report the crystal structure of an FCP from the marine diatom Phaeodactylum tricornutum, which reveals the binding of seven chlorophylls (Chls) a, two Chls c, seven fucoxanthins (Fxs), and probably one diadinoxanthin within the protein scaffold. Efficient energy transfer pathways can be found between Chl a and c, and each Fx is surrounded by Chls, enabling the energy transfer and quenching via Fx highly efficient. The structure provides a basis for elucidating the mechanisms of blue-green light harvesting, energy transfer, and dissipation in diatoms.

DOI： 10.1126/science.aav0365

Web of Science

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PubMed
Crystallographic study on estimation of the valence of each of the four Mn atoms in Photosystem II using anomalous diffraction techniques

Umena, Y; Kawakami, K; Kamiya, N; Kawano, Y; Yamashita, K; Ago, H; Yamamoto, M; Shen, JR

ACTA CRYSTALLOGRAPHICA A-FOUNDATION AND ADVANCES 75 巻頁： A363 - A363 2019年

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記述言語：日本語

DOI： 10.1107/S010876731909648X

Web of Science
Theoretical Elucidation of Geometrical Structures of the CaMn<sub>4</sub>O<sub>5</sub> Cluster in Oxygen Evolving Complex of Photosystem II Scope and Applicability of Estimation Formulae of Structural Deformations via the Mixed-Valence and Jahn-Teller Effects 査読有り

Shoji, M; Isobe, H; Yamanaka, S; Umena, Y; Kawakami, K; Kamiya, N; Yamaguchi, K

QUANTUM SYSTEMS IN PHYSICS, CHEMISTRY AND BIOLOGY - THEORY, INTERPRETATION, AND RESULTS 78 巻頁： 307 - 451 2019年

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記述言語：日本語出版者・発行元：Advances in Quantum Chemistry

Atmospheric oxygenation and evolution of aerobic life on our earth are a result of water oxidation by oxygenic photosynthesis in photosystem II (PSII) of plants, algae, and cyanobacteria. The water oxidation in the oxygen-evolving complex (OEC) of PSII is expected to proceed through five oxidation states, known as the Si (i = 0, 1, 2, 3, and 4) states in the Kok cycle, with the S1 being the most stable state in the dark. The OEC in PSII involves the active catalytic site made of four Mn ions and one Ca ion, namely the CaMn4O5 cluster. Past decades, molecular structures of the CaMn4O5 cluster in OEC of PSII have been investigated by the extended X-ray absorption fine structure (EXAFS). The magnetostructural correlations were extensively investigated by EPR spectroscopy. Recently, Kamiya and Shen groups made a great breakthrough for determination of the S1 structure of OEC of PSII by the X-ray diffraction (XRD) and X-ray free electron laser (XFEL) experiments, providing structural foundations that are crucial for theoretical investigations of structure and reactivity of the CaMn4O5 cluster. Large-scale QM/MM calculations starting from the XRD structures elucidated geometrical, electronic, and spin structures of the CaMn4O5 cluster, indicating an important role of the Jahn–Teller (JT) effect of Mn(III) ions. This review fully examines our theoretical formulae for estimation of the Jahn–Teller deformations of the CaMn4O5 cluster in OEC of PSII. Scope and applicability of the JT deformation formulae are elucidated in relation to several different structures of the CaMn4O5 cluster proposed by XRD, XFEL, EXAFS, and other experiments. Subtle differences among XRD, XFEL, and EXAFS structures in the S1 state are examined in relation to environmental effects for the CaMn4O5 cluster in OEC of PSII. The X-ray damage of the serial femtosecond crystallography (SFX) by XFEL is also examined in relation to the damage-free low-dose (LD) XRD structure. The JT deformation formulae are also applied to theoretical analysis of the S3 structures by SFX. Implications of the computational results are discussed for further refinements of geometrical parameters of the CaMn4O5 cluster in OEC of PSII and possible mechanisms of water oxidation in OEC of PSII.

DOI： 10.1016/bs.aiq.2018.05.003

Web of Science

Scopus
High-resolution and low-dose X-ray crystal structure of Photosytem II 査読有り

Tanaka, A; Kawakami, K; Umena, Y; Kamiya, N

ACTA CRYSTALLOGRAPHICA A-FOUNDATION AND ADVANCES 70 巻頁： C1502 - C1502 2014年8月

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DOI： 10.1107/S2053273314084976

Web of Science
Crystallographic studies on Mn atoms in Photosystem II using K-edge wavelength 査読有り

Umena, Y; Kawakami, K; Shen, J; Kamiya, N

ACTA CRYSTALLOGRAPHICA A-FOUNDATION AND ADVANCES 70 巻頁： C350 - C350 2014年8月

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DOI： 10.1107/S2053273314096491

Web of Science
SR Beamline for macromolecular assemblies by the institute for protein research 査読有り

Nakagawa, A; Yamashita, E; Umena, Y; Yoshimura, M; Suzuki, M; Hasegawa, K; Furukawa, Y; Ohata, T; Kumasaka, T; Ueno, G; Yamamoto, M; Yoshikawa, S; Tsukihara, T

ACTA CRYSTALLOGRAPHICA A-FOUNDATION AND ADVANCES 67 巻頁： C354 - C354 2011年

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DOI： 10.1107/S0108767311091082

Web of Science
Friction characteristics of fabrics in the presence of air 査読有り

Bao, LM; Umena, Y; Kemmochi, K

JOURNAL OF THE TEXTILE INSTITUTE 102 巻 ( 7 ) 頁： 598 - 603 2011年

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DOI： 10.1080/00405000.2010.498974

Web of Science
Observation of energy transfer dynamics in a phycocyanin protein crystal by utilizing femtosecond transient absorption microscopy 査読有り

Katayama, T; Ueda, S; Fujita, Y; Akagi, Y; Koinkar, P; Umena, Y; Furube, A

JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 62 巻 ( SG ) 2023年6月

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掲載種別：研究論文（学術雑誌）

DOI： 10.35848/1347-4065/acc3a9

Web of Science

Scopus
Role of the Propionic Acid Side-Chain of C-Phycocyanin Chromophores in the Excited States for the Photosynthesis Process 査読有り

Mishima, K; Shoji, M; Umena, Y; Boero, M; Shigeta, Y

BULLETIN OF THE CHEMICAL SOCIETY OF JAPAN 93 巻 ( 12 ) 頁： 1509 - 1519 2020年12月

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掲載種別：研究論文（学術雑誌）

DOI： 10.1246/bcsj.20200187

Web of Science
Thylakoid membrane lipid sulfoquinovosyl-diacylglycerol (SQDG) is required for full functioning of photosystem II in <i>Thermosynechococcus elongatus</i> 査読有り国際誌

Nakajima, Y; Umena, Y; Nagao, R; Endo, K; Kobayashi, K; Akita, F; Suga, M; Wada, H; Noguchi, T; Shen, JR

JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY 293 巻 ( 38 ) 頁： 14786 - 14797 2018年9月

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記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）

DOI： 10.1074/jbc.RA118.004304

Web of Science

PubMed
Fourier Transform Infrared Analysis of the S-State Cycle of Water Oxidation in the Microcrystals of Photosystem II 査読有り国際誌

Kato, Y; Akita, F; Nakajima, Y; Suga, M; Umena, Y; Shen, JR; Noguchi, T

JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY LETTERS 9 巻 ( 9 ) 頁： 2121 - 2126 2018年5月

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記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）

DOI： 10.1021/acs.jpclett.8b00638

Web of Science

Scopus

PubMed
Understanding Two Different Structures in the Dark Stable State of the Oxygen-Evolving Complex of Photosystem II: Applicability of the Jahn-Teller Deformation Formula. 査読有り国際誌

Shoji M, Isobe H, Tanaka A, Fukushima Y, Kawakami K, Umena Y, Kamiya N, Nakajima T, Yamaguchi K

ChemPhotoChem 2 巻 ( 3 ) 頁： 257 - 270 2018年3月

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記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）

DOI： 10.1002/cptc.201700162

Web of Science

PubMed
Mutual relationships between structural and functional changes in a PsbM-deletion mutant of photosystem II 査読有り

Uto, S; Kawakami, K; Umena, Y; Iwai, M; Ikeuchi, M; Shen, JR; Kamiya, N

FARADAY DISCUSSIONS 198 巻頁： 107 - 120 2017年6月

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記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）

DOI： 10.1039/c6fd00213g

Web of Science

PubMed
Light-induced structural changes and the site of O=O bond formation in PSII caught by XFEL 査読有り国際誌

Suga, M; Akita, F; Sugahara, M; Kubo, M; Nakajima, Y; Nakane, T; Yamashita, K; Umena, Y; Nakabayashi, M; Yamane, T; Nakano, T; Suzuki, M; Masuda, T; Inoue, S; Kimura, T; Nomura, T; Yonekura, S; Yu, LJ; Sakamoto, T; Motomura, T; Chen, JH; Kato, Y; Noguchi, T; Tono, K; Joti, Y; Kameshima, T; Hatsui, T; Nango, E; Tanaka, R; Naitow, H; Matsuura, Y; Yamashita, A; Yamamoto, M; Nureki, O; Yabashi, M; Ishikawa, T; Iwata, S; Shen, JR

NATURE 543 巻 ( 7643 ) 頁： 131 - 135 2017年3月

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記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）

DOI： 10.1038/nature21400

Web of Science

PubMed
Proton transfer inhibition by molecular anion substitutions in Photosystem II 査読有り

Umena, Y; Tamaru, S; Shen, JR

ACTA CRYSTALLOGRAPHICA A-FOUNDATION AND ADVANCES 73 巻頁： C96 - C96 2017年

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記述言語：英語

DOI： 10.1107/S205327331709475X

Web of Science
Dynamics of Excitation Energy Transfer Between the Subunits of Photosystem II Dimer 査読有り国際誌

Yoneda, Y; Katayama, T; Nagasawa, Y; Miyasaka, H; Umena, Y

JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY 138 巻 ( 36 ) 頁： 11599 - 605 2016年9月

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記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）

DOI： 10.1021/jacs.6b04316

Web of Science

PubMed
Energy transfer between subunits of photosystem II dimer observed by femtosecond transient absorption 査読有り

Yusuke Yoneda, Tetsuro Katayama, Yutaka Nagasawa, Hiroshi Miyasaka, Yasufumi Umena

Optics InfoBase Conference Papers 2016年7月

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記述言語：英語掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）出版者・発行元：OSA - The Optical Society

Energy transfer dynamics of photosystem II monomer and dimer were compared by femtosecond transient absorption (TA) spectroscopy. Excitation energy dependence suggested more excellent quenching ability of dimer by exciton-exciton annihilation.

DOI： 10.1364/UP.2016.UTu4A.40

Scopus
Novel Features of Eukaryotic Photosystem II Revealed by Its Crystal Structure Analysis from a Red Alga 査読有り国際誌

Ago, H; Adachi, H; Umena, Y; Tashiro, T; Kawakami, K; Kamiya, N; Tian, LR; Han, GY; Kuang, TY; Liu, ZY; Wang, FJ; Zou, HF; Enami, I; Miyano, M; Shen, JR

JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY 291 巻 ( 11 ) 頁： 5676 - 5687 2016年3月

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記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）

DOI： 10.1074/jbc.M115.711689

Web of Science

PubMed
Subunit arrangement of a 2-ketoisovalerate ferredoxin oxidoreductase from Thermococcus profundus revealed by a low resolution X-ray analysis 査読有り

Y. Ozawa, Y. Umena, T. Imai, Y. Morimoto

Advances in Enzyme Research 2015年10月

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記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）
Generalized approximate spin projection calculations of effective exchange integrals of the CaMn<sub>4</sub>O<sub>5</sub> cluster in the S<sub>1</sub> and S<sub>3</sub> states of the oxygen evolving complex of photosystem II 査読有り

Isobe, H; Shoji, M; Yamanaka, S; Mino, H; Umena, Y; Kawakami, K; Kamiya, N; Shen, JR; Yamaguchi, K

PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS 16 巻 ( 24 ) 頁： 11911 - 11923 2014年

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記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）

DOI： 10.1039/c4cp00282b

Web of Science

PubMed
Evidence for an Unprecedented Histidine Hydroxyl Modification on D2-His336 in Photosystem II of <i>Thermosynechoccocus vulcanus</i> and <i>Thermosynechoccocus elongatus</i> 査読有り国際誌

Sugiura, M; Koyama, K; Umena, Y; Kawakami, K; Shen, JR; Kamiya, N; Boussac, A

BIOCHEMISTRY 52 巻 ( 52 ) 頁： 9426 - 31 2013年12月

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記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）

DOI： 10.1021/bi401213m

Web of Science

PubMed
Structure of Sr-substituted photosystem II at 2.1 Å resolution and its implications in the mechanism of water oxidation 査読有り国際誌

Koua, FHM; Umena, Y; Kawakami, K; Shen, JR

PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA 110 巻 ( 10 ) 頁： 3889 - 94 2013年3月

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記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）

DOI： 10.1073/pnas.1219922110

Web of Science

PubMed
The nature of chemical bonds of the CaMn<sub>4</sub>O<sub>5</sub> cluster in oxygen evolving complex of photosystem II: Jahn-Teller distortion and its suppression by Ca doping in cubane structures 査読有り

Yamaguchi, K; Yamanaka, S; Isobe, H; Saito, T; Kanda, K; Umena, Y; Kawakami, K; Shen, JR; Kamiya, N; Okumura, M; Nakamura, H; Shoji, M; Yoshioka, Y

INTERNATIONAL JOURNAL OF QUANTUM CHEMISTRY 113 巻 ( 4 ) 頁： 453 - 473 2013年2月

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記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）

DOI： 10.1002/qua.24280

Web of Science
Full geometry optimizations of the mixed-valence CaMn<sub>4</sub>O<sub>4</sub>X(H<sub>2</sub>O)<sub>4</sub> (X=OH or O) cluster in OEC of PS II: Degree of symmetry breaking of the labile Mn-X-Mn bond revealed by several hybrid DFT calculations 査読有り

Yamaguchi, K; Isobe, H; Yamanaka, S; Saito, T; Kanda, K; Shoji, M; Umena, Y; Kawakami, K; Shen, JR; Kamiya, N; Okumura, M

INTERNATIONAL JOURNAL OF QUANTUM CHEMISTRY 113 巻 ( 4 ) 頁： 525 - 541 2013年2月

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記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）

DOI： 10.1002/qua.24117

Web of Science
Structural Basis of Photosynthetic Water-Splitting 査読有り

Shen, JR; Umena, Y; Kawakami, K; Kamiya, N

SOLAR CHEMICAL ENERGY STORAGE (SOLCHES) 1568 巻頁： 31 - 34 2013年

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記述言語：英語掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）

DOI： 10.1063/1.4848085

Web of Science

Scopus
High resolution structure of photosystem II and the mechanism of water-splitting 査読有り

Shen, JR; Umena, Y; Kawakami, K; Kamiya, N

BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA-BIOENERGETICS 1817 巻頁： S2 - S3 2012年10月

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記述言語：英語

DOI： 10.1016/j.bbabio.2012.06.016

Web of Science
Deformation of Chlorin Rings in the Photosystem II Crystal Structure 査読有り国際誌

Saito, K; Umena, Y; Kawakami, K; Shen, JR; Kamiya, N; Ishikita, H

BIOCHEMISTRY 51 巻 ( 21 ) 頁： 4290 - 9 2012年5月

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記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）

DOI： 10.1021/bi300428s

Web of Science

PubMed
Structure and Reactivity of the Mixed-Valence CaMn<sub>4</sub>O<sub>5</sub>(H<sub>2</sub>O)<sub>4</sub> and CaMn<sub>4</sub>O<sub>4</sub>(OH)(H<sub>2</sub>O)<sub>4</sub> Clusters at Oxygen Evolution Complex of Photosystem II. Hybrid DFT (UB3LYP and UBHandHLYP) Calculations 査読有り

Yamanaka, S; Saito, T; Kanda, K; Isobe, H; Umena, Y; Kawakami, K; Shen, JR; Kamiya, N; Okumura, M; Nakamura, H; Yamaguchi, K

INTERNATIONAL JOURNAL OF QUANTUM CHEMISTRY 112 巻 ( 1 ) 頁： 321 - 343 2012年1月

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記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）

DOI： 10.1002/qua.23261

Web of Science
Possible Mechanisms of Water Splitting Reaction Based on Proton and Electron Release Pathways Revealed for CaMn<sub>4</sub>O<sub>5</sub> Cluster of PSII Refined to 1.9 Å X-Ray Resolution 査読有り

Saito, T; Yamanaka, S; Kanda, K; Isobe, H; Takano, Y; Shigeta, Y; Umena, Y; Kawakami, K; Shen, JR; Kamiya, N; Okumura, M; Shoji, M; Yoshioka, Y; Yamaguchi, K

INTERNATIONAL JOURNAL OF QUANTUM CHEMISTRY 112 巻 ( 1 ) 頁： 253 - 276 2012年1月

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記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）

DOI： 10.1002/qua.23218

Web of Science
Theoretical illumination of water-inserted structures of the CaMn<sub>4</sub>O<sub>5</sub> cluster in the S<sub>2</sub> and S<sub>3</sub> states of oxygen-evolving complex of photosystem II: full geometry optimizations by B3LYP hybrid density functional 査読有り

Isobe, H; Shoji, M; Yamanaka, S; Umena, Y; Kawakami, K; Kamiya, N; Shen, JR; Yamaguchi, K

DALTON TRANSACTIONS 41 巻 ( 44 ) 頁： 13727 - 13740 2012年

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記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）

DOI： 10.1039/c2dt31420g

Web of Science

PubMed
Electronic and Spin Structures of the CaMn<sub>4</sub>O<sub>5</sub>(H<sub>2</sub>O)<sub>4</sub> Cluster in OEC of PSII Refined to 1.9 Å X-ray Resolution 査読有り

Yamanaka, S; Kanda, K; Saito, T; Umena, Y; Kawakami, K; Shen, JR; Kamiya, N; Okumura, M; Nakamura, H; Yamaguchi, K

ADVANCES IN QUANTUM CHEMISTRY, VOL 64 64 巻頁： 121 - 187 2012年

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記述言語：英語掲載種別：論文集(書籍)内論文

DOI： 10.1016/B978-0-12-396498-4.00016-8

Web of Science
Distribution of the Cationic State over the Chlorophyll Pair of the Photosystem II Reaction Center 査読有り国際誌

Saito, K; Ishida, T; Sugiura, M; Kawakami, K; Umena, Y; Kamiya, N; Shen, JR; Ishikita, H

JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY 133 巻 ( 36 ) 頁： 14379 - 88 2011年9月

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記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）

DOI： 10.1021/ja203947k

Web of Science

PubMed
Structural-Functional Role of Chloride in Photosystem II 査読有り国際誌

Rivalta, I; Amin, M; Luber, S; Vassiliev, S; Pokhrel, R; Umena, Y; Kawakami, K; Shen, JR; Kamiya, N; Bruce, D; Brudvig, GW; Gunner, MR; Batista, VS

BIOCHEMISTRY 50 巻 ( 29 ) 頁： 6312 - 5 2011年7月

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記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）

DOI： 10.1021/bi200685w

Web of Science

PubMed
S<sub>1</sub>-State Model of the O<sub>2</sub>-Evolving Complex of Photosystem II 査読有り国際誌

Luber, S; Rivalta, I; Umena, Y; Kawakami, K; Shen, JR; Kamiya, N; Brudvig, GW; Batista, VS

BIOCHEMISTRY 50 巻 ( 29 ) 頁： 6308 - 11 2011年7月

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記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）

DOI： 10.1021/bi200681q

Web of Science

PubMed
Structure of the catalytic, inorganic core of oxygen-evolving photosystem II at 1.9 Å resolution. 査読有り

Kawakami K, Umena Y, Kamiya N, Shen JR

Journal of photochemistry and photobiology. B, Biology 104 巻 ( 1-2 ) 頁： 9 - 18 2011年7月

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記述言語：英語

DOI： 10.1016/j.jphotobiol.2011.03.017

Web of Science

PubMed
Possible mechanisms for the O-O bond formation in oxygen evolution reaction at the CaMn<sub>4</sub>O<sub>5</sub>(H<sub>2</sub>O)<sub>4</sub> cluster of PSII refined to 1.9 Å X-ray resolution 査読有り

Yamanaka, S; Isobe, H; Kanda, K; Saito, T; Umena, Y; Kawakami, K; Shen, JR; Kamiya, N; Okumura, M; Nakamura, H; Yamaguchi, K

CHEMICAL PHYSICS LETTERS 511 巻 ( 1-3 ) 頁： 138 - 145 2011年7月

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記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）

DOI： 10.1016/j.cplett.2011.06.021

Web of Science
Crystal structure of oxygen-evolving photosystem II at a resolution of 1.9 Å. 査読有り国際誌

Umena Y, Kawakami K, Shen JR, Kamiya N

Nature 473 巻 ( 7345 ) 頁： 55 - 60 2011年5月

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記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）

DOI： 10.1038/nature09913

Web of Science

PubMed
Labile Electronic and Spin States of the CaMn4O5 Cluster in the PSII System Refined to 1.9 Å X-ray Resolution. UB3LYP Computational Results 査読有り

K. Kanda, S. Yamanaka, T. Saito, Y. Umena, K. Kawakami, J. -R. Shen, N. Kamiya, M. Okumura, H. Nakamura, K. Yamaguchi

Chemical Physics Letters 506 巻 ( 1-3 ) 頁： 98 - 103 2011年4月

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記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）

DOI： 10.1016/j.cplett.2011.02.030

Web of Science
Roles of PsbI and PsbM in photosystem II dimer formation and stability studied by deletion mutagenesis and X-ray crystallography. 査読有り

Kawakami K, Umena Y, Iwai M, Kawabata Y, Ikeuchi M, Kamiya N, Shen JR

Biochimica et biophysica acta 1807 巻 ( 3 ) 頁： 319 - 325 2011年3月

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記述言語：英語

DOI： 10.1016/j.bbabio.2010.12.013

Web of Science

PubMed
Hydrogen-bond networks and channels revealed in the 1.9 Å structure of PSII 査読有り

Umena, Y; Kawakami, K; Kamiya, N; Shen, JR

ACTA CRYSTALLOGRAPHICA A-FOUNDATION AND ADVANCES 67 巻頁： C741 - C741 2011年

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記述言語：英語

DOI： 10.1107/S0108767311081293

Web of Science
1SL-02 光合成水分解を可能にする光化学系IIの原子構造(1SL 光合成研究で何が明らかにされ、これから何をできるか?～光合成研究の最先端とエネルギー創製研究の現状～,日本生物物理学会第49回年会(2011年度))

沈建仁, Umena Yasufumi, Kawakami Keisuke, Kamiya Nobuo

生物物理 51 巻 ( supplement ) 頁： S10 2011年

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記述言語：英語出版者・発行元：一般社団法人日本生物物理学会

DOI： 10.2142/biophys.51.S10_1

CiNii Research
2L1412 光化学系II複合体の原子レベル分解能での結晶構造解析(光生物_光合成,第49回日本生物物理学会年会) 査読有り

Umena Yasufumi, Kawakami Keisuke, Kamiya Nobuo, Shen Jian-Ren

生物物理 51 巻頁： S95 2011年

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記述言語：英語出版者・発行元：一般社団法人日本生物物理学会

DOI： 10.2142/biophys.51.S95_2
Crystal structures of photosystem II complexed with electron-transfer inhibitors 査読有り

Suzuri, S; Kawakami, K; Tashiro, T; Umena, Y; Shen, JR; Kamiya, N

ACTA CRYSTALLOGRAPHICA A-FOUNDATION AND ADVANCES 67 巻頁： C742 - C742 2011年

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記述言語：英語

DOI： 10.1107/S0108767311081268

Web of Science
Crystallization and structure analysis of a PsbM-deletion mutant of PSII 査読有り

Uto, S; Kawakami, K; Umena, Y; Iwai, M; Ikeuchi, M; Shen, JR; Kamiya, N

ACTA CRYSTALLOGRAPHICA A-FOUNDATION AND ADVANCES 67 巻頁： C743 - C743 2011年

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記述言語：英語

DOI： 10.1107/S0108767311081256

Web of Science
Structural and functional studies on Ycf12 (Psb30) and PsbZ-deletion mutants from a thermophilic cyanobacterium. 査読有り

Takasaka K, Iwai M, Umena Y, Kawakami K, Ohmori Y, Ikeuchi M, Takahashi Y, Kamiya N, Shen JR

Biochimica et biophysica acta 1797 巻 ( 2 ) 頁： 278 - 284 2010年2月

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記述言語：英語

DOI： 10.1016/j.bbabio.2009.11.001

Web of Science

PubMed
Crystal structure of oxygen evolving Photosystem II at atomic resolution. 査読有り

Umena, Y; Kawakami, K; Shen, JR; Kamiya, N

ACTA CRYSTALLOGRAPHICA A-FOUNDATION AND ADVANCES 66 巻頁： S124 - S125 2010年

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記述言語：英語

DOI： 10.1107/S0108767310097291

Web of Science
Location of chloride and its possible functions in oxygen-evolving photosystem II revealed by X-ray crystallography 査読有り

Kawakami, K; Umena, Y; Kamiya, N; Shen, JR

PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA 106 巻 ( 21 ) 頁： 8567 - 8572 2009年5月

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記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）

DOI： 10.1073/pnas.0812797106

Web of Science

PubMed
Towards structural elucidation of eukaryotic photosystem II: Purification, crystallization and preliminary X-ray diffraction analysis of photosystem II from a red alga. 査読有り

Adachi H, Umena Y, Enami I, Henmi T, Kamiya N, Shen JR

Biochimica et biophysica acta 1787 巻 ( 2 ) 頁： 121 - 128 2009年2月

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記述言語：英語

DOI： 10.1016/j.bbabio.2008.11.004

Web of Science

PubMed
Crystal structural analysis of photosystem II with the novel method to reduce X-ray radiation damage 査読有り

Umena, Y; Kawakami, K; Ohkuma, A; Saijyou, S; Naitow, H; Shen, JR; Kamiya, N

ACTA CRYSTALLOGRAPHICA A-FOUNDATION AND ADVANCES 64 巻頁： C293 - C293 2008年

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記述言語：英語

DOI： 10.1107/S0108767308090636

Web of Science
Crystallographic study on the interaction of L-lactate oxidase with pyruvate at 1.9 Å resolution 査読有り

Li, SJ; Umena, Y; Yorita, K; Matsuoka, T; Kita, A; Fukui, K; Morimoto, Y

BIOCHEMICAL AND BIOPHYSICAL RESEARCH COMMUNICATIONS 358 巻 ( 4 ) 頁： 1002 - 1007 2007年7月

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記述言語：英語掲載種別：研究論文（学術雑誌）

DOI： 10.1016/j.bbrc.2007.05.021

Web of Science

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MISC 15

Structural analysis of ligand binding mechanism of L-lactate oxidase from Aerococcus viridans by use of ligand soaking crystals

Y. Morimoto, N. Furubayashi, M. Kamo, Y. Umena, A. Kita, T. Matsuoka, K. Inaka

16th Conference of the Asian Crystallographic Association (AsCA2019) 2019年12月
On the guiding principles for understanding of geometrical structures of the CaMn<sub>4</sub>O<sub>5</sub> cluster in oxygen-evolving complex of photosystem II. Proposal of estimation formula of structural deformations via the Jahn-Teller effects

Yamaguchi, K; Shoji, M; Isobe, H; Yamanaka, S; Umena, Y; Kawakami, K; Kamiya, N

MOLECULAR PHYSICS115 巻 ( 5 ) 頁： 636 - 666 2017年

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記述言語：英語掲載種別：書評論文，書評，文献紹介等

DOI： 10.1080/00268976.2016.1278476

Web of Science
Theoretical modelling of biomolecular systems I. Large-scale QM/MM calculations of hydrogen-bonding networks of the oxygen evolving complex of photosystem II

Shoji, M; Isobe, H; Yamanaka, S; Umena, Y; Kawakami, K; Kamiya, N; Shen, JR; Nakajima, T; Yamaguchi, K

MOLECULAR PHYSICS113 巻 ( 3-4 ) 頁： 359 - 384 2015年2月

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記述言語：英語

DOI： 10.1080/00268976.2014.960021

Web of Science
Identification of β-Cryptoxanthin in Oxygen-Evolving Photosystem II from Thermosynechococcus vulcanus 査読有り

Keisuke Kawakami, Ritsuko Fujii, Yasufumi Umena, Shin-ichiro Ozawa, Yuichiro Takahashi, Hideki Hashimoto, Jian-Ren Shen, Nobuo Kamiya

CAROTENOID SCIENCE19 巻頁： 48 - 51 2015年

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記述言語：英語掲載種別：記事・総説・解説・論説等（その他）
Large-scale QM/MM calculations of hydrogen bonding networks for proton transfer and water inlet channels for water oxidation—Theoretical system models of the oxygen-evolving complex of Photosystem II

Mitsuo Shoji, Hiroshi Isobe, Shusuke Yamanaka, Yasufumi Umena, Keisuke Kawakami, Nobuo Kamiya, Jian-Ren Shen, Takahito Nakajima, Kizashi Yamaguchi

Advances in Quantum Chemistry70 巻頁： 325 - 413 2015年

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記述言語：英語

DOI： 10.1016/bs.aiq.2014.10.001

Web of Science
光合成の水分解・酸素発生機構の解明に向けて

神谷信夫, 川上恵典, 梅名泰史, 沈建仁

放射光学会誌26 巻頁： 3 - 10 2013年
Theoretical insight into hydrogen-bonding networks and proton wire for the CaMn4O5 cluster of photosystem II. Elongation of Mn–Mn distances with hydrogen bonds

M. Shoji, H. Isobe, S. Yamanaka, Y. Umena, K. Kawakami, N. Kamiya, J.-R. Shen, K. Yamaguchi

Catal. Sci. & Technol.3 巻 ( 7 ) 頁： 1831 - 1848 2013年

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記述言語：英語

DOI： 10.1039/c3cy00051f

Web of Science
高分解能構造から見えてきた光合成水分解の仕組み

沈健仁, 梅名泰史, 川上恵典, 神谷信夫

生物物理52 巻 ( 3 ) 頁： 140 - 143 2012年

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記述言語：日本語出版者・発行元：The Biophysical Society of Japan General Incorporated Association

Photosystem II (PSII) is a membrane-protein complex consisting of 17 trans-membrane subunits and 3 peripheral, extrinsic subunits with a total molecular mass of 350 kDa for a monomer. PSII performs a series of light-induced electron transfer reactions, leading to the conversion of light energy into biologically useful chemical energy, coupled with this is the splitting of water and generation of molecular oxygen. Both the chemical energy converted and molecular oxygen generated by PSII are indispensible for sustaining life on the earth; thus PSII is an extremely important protein complex. We have succeeded in crystallizing the PSII complex at a resolution of 1.9 Å, and analyzed its structure. Here we describe the structure of PSII, in particular the Mn<sub>4</sub>CaO<sub>5</sub>-cluster, which is the catalytic center of water-splitting, analyzed at the atomic resolution. Based on these, we discuss the possible mechanisms of light-induced water-splitting and its implications in artificial photosynthesis.<br>

DOI： 10.2142/biophys.52.140

CiNii Books

CiNii Research

その他リンク： https://jlc.jst.go.jp/DN/JALC/10000488562?from=CiNii
25pGP-7 光化学系IIマンガンクラスターの電子構造の密度汎関数理論による研究(25pGP 領域12シンポジウム:光化学系IIにおける酸素発生中心,領域12(ソフトマター物理,化学物理,生物物理))

山中秀介, 神田慧太, 梅名泰史, 川上恵典, 沈建仁, 神谷信夫, 奥村光隆, 中村春木, 山口兆

日本物理学会講演概要集66 巻 ( 1 ) 頁： 378 - 378 2011年3月

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記述言語：日本語出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会

CiNii Books
25pGP-2 光合成酸素発生を支える光化学系IIの原子構造(25pGP 領域12シンポジウム:光化学系IIにおける酸素発生中心,領域12(ソフトマター物理,化学物理,生物物理))

沈建仁, 梅名泰史, 川上恵典, 神谷信夫

日本物理学会講演概要集66 巻 ( 1 ) 頁： 376 - 376 2011年3月

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記述言語：日本語出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会

CiNii Books
Mechanism of PSII oxygen evolution predicted from its 1.9 Å resolution structure

Kamiya, N; Kawakami, K; Umena, Y; Shen, JR

ACTA CRYSTALLOGRAPHICA A-FOUNDATION AND ADVANCES67 巻頁： C80 - C81 2011年

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記述言語：英語掲載種別：研究発表ペーパー・要旨（国際会議）

DOI： 10.1107/S0108767311098035

Web of Science
How iodide ions inhibit the oxygen evolution of photosystem II?

Kawakami, K; Hagiwara, D; Umena, Y; Shen, JR; Kamiya, N

ACTA CRYSTALLOGRAPHICA A-FOUNDATION AND ADVANCES67 巻頁： C739 - C740 2011年

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記述言語：英語掲載種別：研究発表ペーパー・要旨（国際会議）

DOI： 10.1107/S0108767311081335

Web of Science
Purification, crystallization and preliminary X-ray analysis of photosystem II dimer from a red alga

Adachi, H; Umena, Y; Enami, I; Kamiya, N; Shen, JR

ACTA CRYSTALLOGRAPHICA A-FOUNDATION AND ADVANCES64 巻頁： C232 - C232 2008年

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記述言語：英語掲載種別：研究発表ペーパー・要旨（国際会議）

DOI： 10.1107/S0108767308092544

Web of Science
Coordination structure of two Cl<SUP>-</SUP>-binding sites in oxygen-evolving photosystem II

Kawakami, K; Umena, Y; Kamiya, N; Shen, JR

ACTA CRYSTALLOGRAPHICA A-FOUNDATION AND ADVANCES64 巻頁： C330 - C330 2008年

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記述言語：英語掲載種別：研究発表ペーパー・要旨（国際会議）

DOI： 10.1107/S0108767308089447

Web of Science
1-II-4 X線結晶構造解析に基づいたL-乳酸酸化酵素の基質結合様式(ビタミン学の原点・栄養学への21世紀的回帰, 日本ビタミン学会第59回大会)

頼田和子, 梅名泰史, 森本幸生, 福井清

ビタミン81 巻 ( 4 ) 頁： 147 - 147 2007年4月

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記述言語：日本語出版者・発行元：日本ビタミン学会

CiNii Books

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講演・口頭発表等 26

光合成アンテナ蛋白質フィコシアニンにおける光エネルギー移動の構造研究招待有り

梅名泰史, 片山哲郎, 高山友理子, 中根崇智

第61回生物物理学会年会 2023年11月15日

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開催年月日： 2023年11月

記述言語：英語会議種別：シンポジウム・ワークショップパネル（指名）
光合成アンテナ蛋白質フィコシアニンにおける光エネルギー移動の構造研究招待有り

梅名泰史, 片山哲郎, 高山友理子, 中根崇智

第61回生物物理学会年会 2023年11月16日

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開催年月日： 2023年11月

記述言語：英語会議種別：シンポジウム・ワークショップパネル（指名）
光合成アンテナ蛋白質フィコシアニンにおける光エネルギー移動の構造研究

第13回日本光合成学会年会 2023年6月3日

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開催年月日： 2023年6月

記述言語：日本語会議種別：ポスター発表
人工光合成のお手本となる天然の光合成タンパク質の構造を見る招待有り

梅名泰史

SAT テクノロジー・ショーケース　 2023年1月26日

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開催年月日： 2023年1月

記述言語：日本語会議種別：公開講演，セミナー，チュートリアル，講習，講義等
Novel Mechanism of Cl-Dependent Proton Dislocation in Photosystem Ⅱ (PSⅡ) : Hybrid Ab initio Quantum Mechanics Molecular Mechanics Molecular Dynamics Simulation

Nakamura Atsushi, Kang Jiyoung, Terada Ryu-ichiro, Kino Hiori, Umena Yasufumi, Kawakami Keisuke, Shen Jian-Ren, Kamiya Nobuo, Tateno Masaru

Journal of the Physical Society of Japan 2019年8月 Physical Society of Japan
酸素発生光化学系 II 複合体の Mn の価数の決定

梅名泰史, 川上恵典, 沈建仁, 神谷信夫

SPring-8/SACLA利用研究成果集 2020年3月26日公益財団法人高輝度光科学研究センター

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記述言語：日本語

光合成の水分解反応を行っている光化学系 II 蛋白質の活性中心 Mn<sub>4</sub>CaO<sub>5 </sub>クラスターは III と IV 価の混合原子価状態と考えられているが、各 Mn の価数の議論はまだ結論がついていない。本研究は、Mn のX線吸収端が価数に応じてシフトすることに着目し、X線吸収に依存する異常分散項の電子密度差電子密度マップを用いて各Mnの価数を分析した。その結果、K-吸収端波長領域において、各 Mn の価数に応じた変化を明らかにした。

DOI： 10.18957/rr.8.1.1

CiNii Research
Mn の価数分析に向けたレーザー加工による光化学 II 蛋白質結晶の改良

梅名泰史, 川上恵典, 河野能顕, 山本雅貴, 神谷信夫, 沈建仁

SPring-8/SACLA利用研究成果集 2021年6月30日公益財団法人高輝度光科学研究センター

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記述言語：日本語

光合成で働く光化学系 II 蛋白質（PSII）の活性中心 Mn<sub>4</sub>CaO<sub>5</sub> クラスターの Mn は III 価と IV 価と考えられているが、具体的な各 Mn の価数は議論中である。本研究では、Mn の K- 吸収端波長で測定した異常分散項の電子密度マップから価数の分析を計画した。しかし、不均一な厚みの結晶ではＸ線吸収が変動するため、異常分散項の測定精度が課題であった。本研究は、UV レーザー加工機によって PSII 結晶を円柱状に加工することで回折強度データを改善した報告である。

DOI： 10.18957/rr.9.4.177

CiNii Research
光化学系 II 蛋白質結晶の脱水処理による改良の試み

梅名泰史, 川上恵典, 沈建仁, 神谷信夫

SPring-8/SACLA利用研究成果集 2022年4月28日公益財団法人高輝度光科学研究センター

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記述言語：日本語

光合成における水分解反応を行う光化学系 II 蛋白質 (PSII) の反応機構の学理解明には、高分解能な結晶構造が不可欠である。本研究は、調湿ガスを使った脱水処理による PSII 結晶の改良を目指した。その結果、PSII 結晶は結晶格子が収縮し、それに伴って回折能が改善することが確認された。しかし、処理に時間を要することや収縮過程の再現性が難しいことなどの課題によって目標は達成されなかった。ただし、脱水収縮による改良の有益な情報は得られた。

DOI： 10.18957/rr.10.2.108

CiNii Research
酸素発生光化学系IIの構造と機能に関する結晶学的研究

梅名泰史

日本結晶学会誌 2012年日本結晶学会

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記述言語：日本語

DOI： 10.5940/jcrsj.54.247

CiNii Research
25pGP-7 光化学系IIマンガンクラスターの電子構造の密度汎関数理論による研究(25pGP 領域12シンポジウム:光化学系IIにおける酸素発生中心,領域12(ソフトマター物理,化学物理,生物物理))

山中秀介, 神田慧太, 梅名泰史, 川上恵典, 沈建仁, 神谷信夫, 奥村光隆, 中村春木, 山口兆

日本物理学会講演概要集 2011年一般社団法人日本物理学会

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記述言語：日本語

DOI： 10.11316/jpsgaiyo.66.1.2.0_378_2

CiNii Research
Location of chloride and its possible functions in oxygen-evolving photosystem II revealed by X-ray crystallography

梅名泰史, 沈建仁

PNAS 106 2009年

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CiNii Research
Structura an nctiona studies on Ycf12 (Psb30) and PsbZ deletion mutants from a thermophilic cyanobacterium

梅名泰史, 沈建仁

BBA 1797 2010年

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CiNii Research
Ycf12、PsbZ欠失変異体由来光化学系IIのX線結晶構造解析

高坂賢之, 岩井雅子, 梅名泰史, 神谷信夫, 川上恵典, 沈建仁

日本植物生理学会年会およびシンポジウム　講演要旨集 2009年日本植物生理学会

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Ycf12は近年、光化学系II複合体(PSII)のサブユニットであることが報告された低分子量膜貫通タンパク質であるが、その存在位置は不明である。我々は<I>Thermosynechococcus elongatus</I>(<I>T. elongatus</I>)のYcf12欠損株から、PSIIダイマーを精製し、結晶化し、X線結晶構造解析を行った。野生株PSIIとの差フーリエ電子密度から、Ycf12はPSIIの外縁部、PsbK、PsbZの近傍に位置することが判明した。これはベルリンのグループが報告した3.0Å分解能の構造において、未同定へリックスX1に対応する。この結果と我々がすでに報告したX2=PsbYの結果を考え合わせると、残る未同定のサブユニットX3はPsbXであることが推測された。また、我々はPsbZ欠損株よりPSIIダイマーを精製、結晶化したが、得られた結晶の格子定数が野生株のものと大きく異なっており、PsbZがPSII結晶中のダイマー同士の相互作用に関わっていることが示唆された。PsbZがYcf12のPSIIへの結合に必要であることは、PsbZ欠失株から精製したPSIIではYcf12とPsbKが脱落していることから示されたが、Ycf12欠失PSIIの結晶が野生株と同じ格子定数を持つことから、Ycf12はPSIIへのPSbZの結合に必要ないことが示唆された。

DOI： 10.14841/jspp.2009.0.0047.0

CiNii Research
放射光X線を用いた時間分解結晶構造解析法

佐藤文菜, 梅名泰史, 一柳光平, 深谷亮, 引田理英, 松垣直宏, 務台俊樹

日本結晶学会誌 2021年2月28日日本結晶学会

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記述言語：日本語

DOI： 10.5940/jcrsj.63.24

CiNii Research
紅藻<I>Cyanidium caldarium</I>由来光化学系II複合体結晶のX線回折分解能の改善

足立秀行, 梅名泰史, 榎並勲, 神谷信夫, 沈建仁

日本植物生理学会年会およびシンポジウム　講演要旨集 2008年日本植物生理学会

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光化学系II複合体(PSII)の中心部分は原核生物から真核生物まで高度に保存されているが、酸素発生に必要な表在性タンパク質や低分子量サブユニットの一部は生物種によって異なっている。PSIIの立体構造は、原核生物であるラン色細菌由来のものについて報告されているが、真核生物由来のものについては報告されていない。紅藻は、原核生物に最も近い真核藻類の一つであり、その光化学系も、ラン色細菌と高等植物の間に移行している段階にあるといえる。紅藻PSIIには、20 kDaという、ラン色細菌に存在しない、4つ目の表在性タンパク質が結合しており、このような紅藻とラン色細菌のPSIIの構造上の違いを明らかにするためには紅藻PSIIの立体構造解析が必要である。そのため本研究では紅藻<I>Cyanidium caldarium</I>由来PSIIの結晶構造解析を目的として、PSIIの精製・結晶化を行っている。<I>C. caldarium</I>からPSIIの結晶を得たことはすでに昨年度の本大会で報告したが、分解能が低く構造解析が行えるまでには至っていなかった。今回、結晶の分解能を向上させるため結晶化条件の改良を行い、3.8Å分解能の回折データを得ることに成功したので、その詳細について報告する。なお、この結晶の回折データを用いて、現在紅藻PSIIの構造解析を進めている。

DOI： 10.14841/jspp.2008.0.0557.0

CiNii Research
あいちSRの名古屋大学硬X線回折ビームラインBL2S1

第37回日本放射光学会年会 2024年1月12日

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開催年月日： 2024年1月

記述言語：日本語会議種別：ポスター発表
光合成活性中心の構造解析招待有り

3. 第二回量子技術研究テーマの交流会 2023年11月17日

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開催年月日： 2023年11月

記述言語：日本語会議種別：公開講演，セミナー，チュートリアル，講習，講義等
フェムト秒顕微過渡吸収分光法を用いた単一結晶中フィコシアニン三量体間のエネルギー移動反応の観測招待有り

片山哲郎, 上田柊斗, 古部昭広, 梅名泰史,

第61回生物物理学会年会 2023年11月15日

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開催年月日： 2023年11月

記述言語：英語会議種別：シンポジウム・ワークショップパネル（指名）
あいちSR の名古屋大学X 線回折ビームラインBL2S1

第61回生物物理学会年会 2023年11月16日

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開催年月日： 2023年11月

記述言語：英語会議種別：ポスター発表
タンパク質結晶高速解析のための音響細胞整列技術の開発

檜垣僚冶, 梅名泰史, 片山哲郎, 磯崎瑛宏

第48回化学とマイクロ・ナノシステム学会研究会 2023年11月6日

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開催年月日： 2023年11月

記述言語：日本語会議種別：ポスター発表
あいちSR の名古屋大学ビームラインBL2S1 における高圧セルを使ったX 線回折測定の研究支援

第64回高圧討論会 2023年11月2日

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開催年月日： 2023年11月

記述言語：日本語会議種別：ポスター発表
あいちSRの名古屋大学X線回折ビームラインBL2S1の即応性と多様性

令和５年度日本結晶学会年会 2023年10月27日

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開催年月日： 2023年10月

記述言語：日本語会議種別：ポスター発表
The in vivo macromolecular crystallization platform at Nagoya University

2023年10月28日

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開催年月日： 2023年10月

記述言語：日本語会議種別：口頭発表（一般）
夏休み体験学習　ータンパク質と水の結晶を作る、観る、調べるー

2023年7月24日

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開催年月日： 2023年7月

記述言語：日本語会議種別：公開講演，セミナー，チュートリアル，講習，講義等
あいちSRの名古屋大学X線回折ビームラインBL2S1の即応性と多様性の利用支援

第23回日本蛋白質科学年会 2023年7月6日

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開催年月日： 2023年7月

記述言語：日本語会議種別：ポスター発表
名古屋大学ビームラインBL2S1 におけるX 線回折測定支援と現状

シンクロトロン光研究センターシンポジウム2023 2023年1月15日

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開催年月日： 2023年1月

記述言語：日本語会議種別：ポスター発表

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共同研究・競争的資金等の研究課題 1

有害金属環境の改良手法における光合成タンパク質の金属阻害作用の解明

2022年4月 - 2023年3月

公益財団法人日比科学技術振興財団研究助成

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担当区分：研究代表者資金種別：競争的資金

配分額：862000円

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科研費 15

光化学系II蛋白質における金属阻害機構の構造化学的解明

研究課題/研究課題番号：22K06100 2022年4月 - 2025年3月

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究（C)

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担当区分：研究代表者

配分額：4160000円
光感受性タンパク質の多様な光反応機構解明

研究課題/研究課題番号：19H05779 2019年6月 - 2024年3月

科学研究費助成事業新学術領域研究(研究領域提案型)

朴三用, 梅名泰史, 別所義隆

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担当区分：研究分担者

光によって感応・応答するタンパク質には、動物や植物などに広く分布する発色団を含み、生命維持に関与するなど重要な役割を果たすものが知られる。近年では、こうした光感受性タンパク質を利用して、細胞などの光操作する技術に応用され（光遺伝学）、これまでに多くの生理現象の解明に利用されてきた。本研究計画では、疾病治療への利用が期待されている、またはツールとしての重要性が高いとされる光感受性タンパク質について、XFELを用いた高速分子動画実験を行うことで、タンパク質内部で起こる光エネルギー移動や高速な構造変化について明らかにする。
光によって感応、応答するタンパク質には、動物や植物などに広く分布する発色団を含み、生命維持に関与するなど重要な役割を果たすものが知られる。近年では、こうした光感受性タンパク質を利用して、細胞などの光操作する技術に応用され、これまでに多くの生理現象の解明に利用されてきた。中でも、光遺伝学は、細胞や組織の生理機能を明らかにするための非常に強力な研究手法であると同時に、疾病の治療への応用の観点からも注目されている。光活性化アデニル酸シクラーゼPACは、動物、植物で普遍的な情報伝達物質(cAMP、 cGMP)の生産を光で制御できる生体タンパク質で、生体内での光スイッチとして医学的な応用が期待される分子である。PACは、最初にミドリムシから発見され以後、複数の原核生物からも相同遺伝子が見出されていたが、いずれも原子レベルでの構造・機能解明までには至ってなかったが申請者によって、藍藻由来の光活性化アデニル酸シクラーゼ（OaPAC）における初めて原子レベルでの構造・機能解明に成功した。本研究では解明されたOaPAC光活性化メカニズムの構造科学的解明を基に、細胞内でのセカンドメッセンジャー光制御への光遺伝学の展開や、PACの酵素ドメイン改変によるcGMP光産生酵素の創出、更には脳病変発生などにおける発生学的疾病の機構解明と治療を光制御医学ツールとして基礎医学的研究を目指す。本年度ではOaPACに対して微結晶調製を大量作製し、XFEL（X線自由電子レーザー）の測定と、OaPACの反応時間を追うため、秒単位での測定が可能な、ヨーロッパ放射光施設SLSでの測定を行い、光感受性タンパク質の多様な光応答機構の解明を目指している。
光感受性アデニル酸シクラーゼ（OaPAC）については単結晶から得られた静的な構造がすでに明らかであったので、まずこの結晶化条件を微小結晶調製用に改良することを試みた。OaPACの結晶化の再現性はある程度高いものの、回折能のある結晶が得られる頻度が低く、タンパク質の発現条件を検討し、最適化を行った。その結果、暗状態でのタンパク質の発現や精製を行うことで、改善を行いことができまた。また、回折能がある結晶化どうかは見た目では判断できないため、単結晶のX線結晶構造解析で用いる大きさの結晶の回折能チェックを実験室系X線回折装置で実施し、それを微小結晶調製にフィードバックすることで品質管理を随時行いながら微小結晶の大量調製方法の検討を行なった。その結果、タンパク質濃度20 mg/ml、リガンドとしてATPアナログであるApCpp存在下でオイルバッチ方により、微小結晶を確認でき、回折実験から回折能のある結晶であることを確認した。この方法の応用として、1.5 mLチューブ内にOaPACサンプルと結晶化Bufferを加え静置することで微小結晶を大量調整する方法を確立した。一方、課題として結晶サイズの偏りが挙げられたため、別途作製した単結晶を破砕したシードサンプルを結晶化時に添加した。これにより、結晶の安定的かつ単一な結晶の大量調整が可能となった。これらの試料を用いて作製された微結晶での昨年年度にはSACLAにおいて4回の測定を行い、2.2-2.3A前後の分解能で構造解析を行うことができた。今後、OaPACの反応時間を追うため、秒単位での測定が可能な、ヨーロッパ放射光施設SLSでの測定を行い、光感受性タンパク質の多様な光応答機構の解明を目指している。
PACは日本の研究グループによって発見されたタンパク質で、青光により活性化アデニル酸シクラーゼcAMP分子を量産する酵素として、特性解明や生物機能光制御への展開も提唱・実行してきた（Nature, 2002）。本申請者は、PACの相同遺伝子であるOaPACの立体構造解明に世界初めて成功し、光活性化機構に関する構造科学的な研究は本研究グループが先駆的に積み上げてきた。神経興奮の光制御、いわゆる「光遺伝学、optogenetics」が急速に普及し、OaPACによるcAMPを介する生体機能光制御も概念上同類とみなされつつあるが、はるかに広範で多彩な生命活動の光制御につながり、血管新生・脳病変原生・神経回路ネットワーキング・記憶などの光発生医学現象の制御・解明・治療・創薬スクリーニングという広大な新分野の開拓を先導するものであり、かつ独創的な新領域の研究分野であると言える。
このような目標に向け、今後、X線自由電子レーザーとヨーロッパ放射光施設SLS施設を利用した反応分子動画法により、光感受性タンパク質の多様な光応答機構の解明を目指している。
今後の実験方針としては、OaPACは青色光による反応時間帯は約15-20秒程度で反応するタンパク質である。そのため、X線自由電子レーザーSACLAでの時間分解解析には遅い時間帯での測定はできず、ヨーロッパ放射光施設SLSでの測定を予定している。これらの測定に向けてOaPACの単結晶作製と、励起レーザーの検討なども行う。
光化学系IIにおける塩素イオンの構造化学的な機能解明

研究課題/研究課題番号：18K06158 2018年4月 - 2021年3月

科学研究費助成事業基盤研究(C)

梅名泰史

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担当区分：研究代表者

配分額：4420000円（直接経費：3400000円、間接経費：1020000円）

光合成で働く光化学系II 蛋白質（PSII）に必須の塩素イオンの役割を解明するため，活性を低下させる分子アニオンが結合したPSIIの結晶構造解析から阻害機構を解明し、本来の塩素イオンの役割を理解することを目指す。本研究の結果、分子アニオンのアジ化物イオン、硝酸イオン、亜硝酸イオンの置換体PSII結晶を2-2.1 オングストローム分解能で解析することに成功した。置換に伴う共通の構造変化から阻害様式を明らかにし、本来の構造と比較することで、塩素イオンが担っているプロトン排出機構と活性中心の構造を支える役割を明らかにした。
PSIIの水分解反応は金属触媒のMnクラスターを中心に議論がされているが、補欠因子としての塩素イオンの構造化学的な役割については、はっきりしていなかった。本研究により、PSIIにおける水分解反応をより包括的に議論できる構造情報を示すことができた。この知見は、Mnクラスターを模倣したMn触媒の周辺構造が重要性を提示することで、新たな人工光合成触媒への設計指針を提供できたものと思われる。
Ｘ線ホログラフィーによる光学系II蛋白質の活性サイトMnクラスターの構造研究

研究課題/研究課題番号：17H05219 2017年4月 - 2019年3月

科学研究費助成事業新学術領域研究(研究領域提案型)

梅名泰史

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担当区分：研究代表者

配分額：6500000円（直接経費：5000000円、間接経費：1500000円）

光合成の水分解・酸素発生反応を担う光化学系II蛋白質（PSII)には、活性中心にMn4Caクラスターが触媒中心として存在する。Mn4Caクラスターは価数が異なるMnで構成される混合原子価状態であることが知られているが、各Mnの価数はまだ未解決である。また、反応サイクルにおいて、４つのMnのうちで酸化還元を行っているMnを特定することも課題となっている。本研究では、散乱X線を３次元的に計測してホログラフィーによる像再生を行うことで、金属間の位置情報と価数情報を解析する蛍光X線ホログラフィー法により、Mn4Caクラスターの個々のMnの位置と価数の分析を行い、励起前後の比較から、酸化還元反応を行うMnを特定する研究である。
これまで、蛍光X線ホログラフィーは金属合金結晶や低分子の金属錯体結晶等を対象としていたが、本研究期間により、生体試料の高分子量蛋白質結晶であるPSIIも実験対象とすることができた。また、X線損傷に鋭敏なPSIIを自然状態で測定するための、ラスタースキャンによるノーマルモードでの測定条件を開発し、X線による還元作用を受けずにデータ収集を行うことができた。これまでの測定により、PSII結晶のMn４Caクラスターに由来するホログラムパターンを得ることに成功した。また１段階遷移試料で同様の測定を行い、遷移による違いを確認できるホログラムパターンも得ることができた。生体試料の成果はミオグロビンなど僅かな例しか報告されていない。
PSII結晶のMn4Caクラスターの構造情報から計算されるシミュレーションのホログラムと実験結果の比較から、Mn4CaクラスターのMn1に対応する部分に差異が確認されたことから、Mn１が酸化還元に関与している可能性が示唆された。しかし、まだ、金属合金等の蛍光X線ホログラフィー分析と比較すると、信頼性が劣るため、精度の点で課題が残っている。
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
光化学系II膜蛋白質のpHトラップによるS2反応中間体の結晶構造解析

研究課題/研究課題番号：15H05588 2015年4月 - 2018年3月

科学研究費助成事業若手研究(A)

梅名泰史, 古谷祐詞

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担当区分：研究代表者

配分額：23530000円（直接経費：18100000円、間接経費：5430000円）

光合成の水分解・酸素発生を担う光化学系II膜蛋白質(PSII)のpH4とpH9の結晶構造解析に混合緩衝液を使うことで2.0Å分解能で成功した。酸性と塩基性条件では、それぞれ異なる部位のプロトン輸送に関係する構造が変化しており、pHにより活性が低下する構造上の要因が明らかになった。一方、反応中間S2状態のPSIIの結晶構造解析はこのpH条件では困難なため、結晶の凍結温度を変える方法を試みた。PSII結晶をフィルム状になる粘性液体で保護することで、100Kから200Kに温度を上げても結晶性は劣化せず、また結晶に光を照射するとＸ線吸収分光分析から、励起状態を保ったPSII結晶であることが確認された。
変異体構造解析による光化学系?複合体の構造制御機構の解明

研究課題/研究課題番号：20570038 2008年 - 2010年

科学研究費助成事業基盤研究(C)

沈建仁, 神谷信夫, 梅名泰史, 川上恵典, 高坂賢之, 小黒雅子, 池内昌彦

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担当区分：その他

光化学系II複合体(PSII)の構造制御機構を解明するため、各種低分子量サブユニット欠損株由来PSIIの構造・機能解析を行った。Ycf12(Psb30)欠損株由来PSIIの結晶構造解析によりその存在位置を確認し、PsbZ欠損株を用いた研究では、PsbZがPsbKとYcf12のPSIIへの結合に必要であることを示した。また、PsbMはPSII二量体の安定性を維持するのに必要であるが、PsbIは二量体の形成に必要であることを示した。
光感受性タンパク質の多様な光反応機構解明

2019年 - 2024年

日本学術振興会新学術領域研究(研究領域提案型)

朴三用

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資金種別：競争的資金
光化学系IIにおける塩素イオンの構造化学的な機能解明

2018年4月 - 2021年3月

日本学術振興会基盤研究(C)

梅名泰史

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担当区分：研究代表者資金種別：競争的資金

配分額：4420000円（直接経費：3400000円、間接経費：1020000円）

光合成の酸素発生は光化学系II蛋白質（PSII）による水分解反応に由来している．PSIIの水分解反応には塩素イオン(Cl-)が必須であることは知られ，水分解に伴うプロトンの放出や構造安定化などが議論されてきた．これらの塩素イオンは擬ハロゲンなどの分子アニオンで置き換えられ，反応が抑制されることは知られている．申請者は2011年に反応中心の近傍に2箇所の塩素イオン結合サイトを見出したが，塩素イオンの構造的な役割はまだよく分かっていない．本研究は，塩素イオンを擬ハロゲンのアジ化物イオン(N3-)と硝酸イオン(NO3-)や亜硝酸イオン(NO2-)などの分子アニオンに置き換えた結晶構造を解析し，構造様式の変化から阻害機構を解明し，塩素イオンの構造化学的な役割を解明することを目的とする．
Ｘ線ホログラフィーによる光学系II蛋白質の活性サイトMnクラスターの構造研究

2017年4月 - 2019年3月

日本学術振興会新学術領域研究(研究領域提案型)

梅名泰史

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担当区分：研究代表者資金種別：競争的資金

配分額：6500000円（直接経費：5000000円、間接経費：1500000円）

地球の好気的な環境は光合成による水分解・酸素発生反応によって支えられており，この反応は植物や藻類に存在する光化学系IIタンパク質(PSII)の酵素反応に起因している．PSIIの水分解反応の活性サイトにはMn4CaO5クラスター(Mnクラスター)が触媒として存在し，申請者は2011年に初めてその分子構造をPSIIの結晶構造で特定した．しかし，蛋白質結晶構造は位相情報を新たに導入する必要があり，また座標精度が低いことが反応を理解する上で課題となっている．これまでのX線吸収分光などの研究からMnクラスターはIII価とIV価の混合原子価状態にあることが知られており，４つのMn原子それぞれが酸化・還元することで水分解反応が触媒されている．このことから，PSIIで起こる水分解反応を理解するためには，Mnクラスターの精密な構造と4つのMn原子それぞれの価数を理解する必要がある．本申請はPSII結晶のX線ホログラフィー法により，位相問題によるバイアスのないMnクラスターの精密な構造とMn原子の価数を特定し，PSIIで起こる水分解反応の理解を目指すものである.
構造化学的手法による光化学系IIの水分解反応の機構解明

研究課題/研究課題番号：16KT0058 2016年7月 - 2020年3月

梅名泰史

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担当区分：研究代表者

配分額：18200000円（直接経費：14000000円、間接経費：4200000円）

酸素発生型光合成生物で働く光化学系II蛋白質（PSII）にはMn4CaO5クラスター（Mnクラスター）が反応触媒中心として存在している。本研究では、PSIIによる水分解・酸素発生の反応を構造化学的に解明するため、水分解反応中間状態におけるMnクラスターの各Mnの酸化還元および蛋白質構造変化の同時解析による反応機構の解明を目指した。MnのX線吸収端のX線を使った独自の結晶構造解析手法を開発し、PSIIの微小結晶をレーザー光で励起して凍結固定して、４つの反応中間状態を解析した。その結果、４つのMnの価数の変化が起こり、それに伴って蛋白質および水分子の動きを捉えることに成功した。
本研究は、光合成の光と水によるエネルギー変換の仕組みを理解するため、光化学系II蛋白質(photosystem II; PSII)の触媒中心の４つMn金属原子と蛋白質構造の構造化学的な研究を行った。まず、Mnの電子状態と蛋白質の動きを同時に分析する結晶学的手法を開発した。この手法により、PSIIが水を分解する反応過程におけるMnとPSIIの原子レベルの変化を捉えることができた。もし光合成反応を化学的に理解できれば、太陽電池のような電力ではなく、水からエネルギー源を作り出す人工光合成の手がかりが期待される。
構造化学的手法による光化学系IIの水分解反応の機構解明

2016年4月 - 2019年3月

日本学術振興会基盤研究（B) 特設分野遷移状態制御

梅名泰史

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担当区分：研究代表者資金種別：競争的資金

配分額：18200000円（直接経費：14000000円、間接経費：4200000円）

本研究は、光合成で働く光化学系II蛋白質 (PSII)(図1A)が行っている水分解・酸素発生反応を解明するため、これまでの溶液試料による1次元のスペクトル分析ではなく、立体構造情報を基軸とした複合的な分析による、活性中心Mn4CaO5クラスター(OEC)(図1B)で起こる化学反応を構造化学的に理解することを目的とする。反応中間状態の結晶試料は、閃光照射と低温トラップによって調製し、以下の３つの独自の構造化学的なアプローチで遷移状態を分析する：1)金属の価数に応じたX線吸収の差異を利用した結晶構造解析(XRD)による４つのMn原子の価数を個別に分析、2)結晶試料と放射光の高輝度光源を用いた顕微赤外振動分光(FT-IR)によるMn-酸素間の微細な局所構造の変化を分析、3)多原子間の情報を含むFT-IRスペクトルのシミュレーション解析、活性中心を取り囲む水と蛋白質を含む広域な量子科学計算。それぞれが相補的な分析を統合し、OECの触媒作用を「現象の記述」ではなく、「化学反応として理解」することを目指す。
光化学系II膜蛋白質のpHトラップによるS2反応中間体の結晶構造解析

2015年4月 - 2018年3月

日本学術振興会若手研究（A）

梅名泰史

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担当区分：研究代表者資金種別：競争的資金

配分額：23530000円（直接経費：18100000円、間接経費：5430000円）

光合成の水分解・酸素発生を担う光化学系II膜蛋白質(PSII)のpH4とpH9の結晶構造解析に混合緩衝液を使うことで2.0Å分解能で成功した。酸性と塩基性条件では、それぞれ異なる部位のプロトン輸送に関係する構造が変化しており、pHにより活性が低下する構造上の要因が明らかになった。一方、反応中間S2状態のPSIIの結晶構造解析はこのpH条件では困難なため、結晶の凍結温度を変える方法を試みた。PSII結晶をフィルム状になる粘性液体で保護することで、100Kから200Kに温度を上げても結晶性は劣化せず、また結晶に光を照射するとＸ線吸収分光分析から、励起状態を保ったPSII結晶であることが確認された
光合成・光化学系Ⅱ複合体の原子分解能における酸素発生機構の解明

研究課題/研究課題番号：24227002 2012年5月 - 2017年3月

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究(S)

神谷信夫, 八ツ橋知幸, 川上啓介, 梅名泰史, 福島佳優, 野地智康, 八ツ橋知幸, 川上啓介, 梅名泰史, 福島佳優, 野地智康

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担当区分：連携研究者

我々は、光合成で水から酸素を発生させている光化学系II(PSII)の結晶構造を、2011年に1.9 Aの高分解能で報告した。これにより、酸素発生Mnクラスターのもっとも安定な状態とされるKokのS1状態の構造が明らかとなった。しかし、PSIIの酸素発生機構をより深く理解するためには、反応の進行とともに変化するPSIIの構造を知る必要がある。本研究では、４種類の除草剤の複合体、サブユニットの一つを失った変異体、ヨウ素イオンにより失活したPSIIなど多数の結晶構造を明らかにした。またS1状態の前後のS0、S2状態について研究を進め、PSIIの酸素発生機構に関する多くの新たな知見を得た。
光化学系II複合体の酸素発生反応の構造化学的な手法による原理解明

2011年10月 - 2015年3月

日本科学技術振興機構さきがけ研究「光エネルギーと物質変換」

梅名泰史

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担当区分：研究代表者資金種別：競争的資金
X線結晶構造解析法による光合成系II膜蛋白質複合体の機能制御機構の研究

研究課題/研究課題番号：16087102 2004年 - 2009年

日本学術振興会科学研究費助成事業特定領域研究

神谷信夫, 沈建仁, 池内昌彦, 中里勝芳, 梅名泰史, 宮原郁子, 逸見隆博, 内藤久志, 古瀬宗則, 沈建仁, 池内昌彦, 中里勝芳, 梅名泰史, 宮原郁子, 逸見隆博, 内藤久志, 古瀬宗則

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担当区分：連携研究者

光化学系II膜蛋白質複合体(PSII)は,光合成で,太陽光エネルギーを利用して水から酸素を発生させている.我々はPSIIの全体構造はもとより,酸素発生中心となるMn4Caクラスターの詳細な構造を世界で初めて決定することに成功した.PSIIは酸素発生と同時に,炭酸同化に利用される化学エネルギーも発生させており,本研究は,それを有効利用するグリーンケミストリーに確固たる構造的基盤を提供するものである.

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産業財産権 2

光合成関連蛋白質のX線回折測定用結晶試料の選別方法およびそれに用いる装置

梅名泰史

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出願人：公立大学法人大阪市立大学

出願番号：特願2013-209199 出願日：2013年10月

公開番号：特開2015-071576 公開日：2015年4月

J-GLOBAL
スクリーニング用溶液の作製方法及び装置

森本幸生, 阿部真琴, 鈴木雅洋, 梅名泰史

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出願人：国立大学法人京都大学

出願番号：特願2003-308422 出願日：2003年9月

公開番号：特開2005-077255 公開日：2005年3月

特許番号/登録番号：特許第4314364号発行日：2009年5月

J-GLOBAL

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担当経験のある科目 (本学) 1

令和4年度名古屋大学グローバルサイエンスキャンパス

2023

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令和4年度グローバルサイエンスキャンパス（プロジェクトコード：0122G2906c)の第二ステージの高校生２名の研究の指導教官とした１年間従事した。

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社会貢献活動 2

1. 名古屋大学シンクロトロン光研究センター「休み体験学習　タンパク質と水の結晶を作る、観る、調べる」

役割：講師,　助言･指導,　企画,　運営参加・支援,　実演

名古屋大学シンクロトロン光研究センター 2023年7月
名古屋大学グローバルサイエンスキャンパス「名大 MIRAI GSC」

役割：講師,　助言･指導

2023年4月 - 2024年3月

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学術貢献活動 2

日本結晶学会編集委員

役割：企画立案・運営等,　監修,　審査・評価,　査読

日本結晶学会 2023年4月 - 2024年3月

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種別：査読等
日本結晶学会2024年度年会　実行委員

役割：企画立案・運営等

日本結晶学会 2023年4月 - 2023年11月

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種別：学会・研究会等

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