2022/12/09 更新

写真a

サクライ ヒデヒロ
櫻井 英博
所属
教育・総合科学学術院
職名
名誉教授

学歴

  •  
    -
    1965年

    東京大学   化学系研究科   生物化学専門課程  

  •  
    -
    1965年

    東京大学  

  •  
    -
    1959年

    東京大学   理学部   植物科  

  •  
    -
    1959年

    東京大学  

学位

  • 理学博士

  • 理学修士

  • 東京大学   博士(理学)

所属学協会

  •  
     
     

    American Society of Plant Biologists

  •  
     
     

    International Society of Photosynthesis Research

  •  
     
     

    水素エネルギー協会

  •  
     
     

    日本生物物理学会

  •  
     
     

    日本生化学会

  •  
     
     

    日本植物生理学会

  •  
     
     

    日本植物学会

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研究キーワード

  • 再生可能エネルギー

  • 環境科学

  • 植物生理生化学

  • 植物生理学

  • Plant physiology Plant physiological chemistry Environmental Science Renewable energy

書籍等出版物

  • Overexpression of the ferredoxin Nif gene located on the downstresm of Nif operon in the green sulfur bacterium Chlorobium tepidum

    Photosynthesis: Fundamental Aspects to Global Perspectives (A. van der Est and D. Bruce eds.)  2005年

  • Photobiological hydrogen production of hydrogenase mutants of heterocystous cyanobacteria

    Photosynthesis: Fundamental Aspects to Global Perspectives (A. van der Est and D. Bruce eds.)  2005年

  • Construction of hydrogenase maturation gene mutants from Anabaena sp. PCC 7120 for improvement of photobiological hydrogen evolution

    Photosynthesis: Fundamental Aspects to Global Perspectives (A. van der Est and D. Bruce eds.)  2005年

  • Improvement of photobiological H2 production of the heterocystous cyanobacterium Anabaena sp. PCC 7120 by genetic engineering of hydrogenase and nitrogenase-related genes

    Photosynthesis: Fundamental Aspects to Global Perspectives (A. van der Est and D. Bruce eds.)  2005年

  • Photobioligical hydrogen production by cyanobacteria utilizing nitrogenase systems -present status and future development -

    ”Biohydrogen III" (eds. Miyake, J. et al.) (Elsevier)  2004年

  • 生物界と生態系

    地球環境システム(円城寺守編) (学文社)  2004年

  • Photobiological hydrogen production, nitrogenase and hydrogenase activities in some cyanobacteria

    in "Biohydrogen II" (eds. Miyake, J. et al.) (Pergamon)  2001年

  • 第一章 人類の活動増大が招いた地球環境問題 第五章 地球環境保全に向けた国際的協調

    学文社 環境問題への誘い(北山雅昭編)  2000年

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Misc

  • Purification and characterization of ferredoxin-NADP(+) reductase encoded by Bacillus subtilis yumC

    D Seo, K Kamino, K Inoue, H Sakurai

    ARCHIVES OF MICROBIOLOGY   182 ( 1 ) 80 - 89  2004年09月

     概要を見る

    From Bacillus subtilis cell extracts, ferredoxin-NADP(+) reductase (FNR) was purified to homogeneity and found to be the yumC gene product by N-terminal amino acid sequencing. YumC is a similar to94-kDa homodimeric protein with one molecule of non-covalently bound FAD per subunit. In a diaphorase assay with 2,6-dichlorophenol-indophenol as electron acceptor, the affinity for NADPH was much higher than that for NADH, with K-m values of 0.57 muM vs >200 muM. K-cat values of YumC with NADPH were 22.7 s(-1) and 35.4 s(-1) in diaphorase and in a ferredoxin-dependent NADPH-cytochrome c reduction assay, respectively. The cell extracts contained another diaphorase-active enzyme, the yfkO gene product, but its affinity for ferredoxin was very low. The deduced YumC amino acid sequence has high identity to that of the recently identified Chlorobium tepidum FNR. A genomic database search indicated that there are more than 20 genes encoding proteins that share a high level of amino acid sequence identity with YumC and which have been annotated variously as NADH oxidase, thioredoxin reductase, thioredoxin reductase-like protein, etc. These genes are found notably in gram-positive bacteria, except Clostridia, and less frequently in archaea and proteobacteria. We propose that YumC and C. tepidum FNR constitute a new group of FNR that should be added to the already established plant-type, bacteria-type, and mitochondria-type FNR groups.

    DOI PubMed CiNii

  • Time-resolved step-scan FTIR investigation on the primary donor of the reaction center from the green sulfur bacterium Chlorobium tepidum

    A Mezzetti, D Seo, W Leibl, H Sakurai, J Breton

    PHOTOSYNTHESIS RESEARCH   75 ( 2 ) 161 - 169  2003年

     概要を見る

    The vibrational properties of the primary donor P-840 in the reaction center (RC) of the green sulfur bacterium Chlorobium tepidum and its interactions with the surrounding protein environment have been investigated by Fourier transform infrared (FTIR) difference spectroscopy at cryogenic temperatures. By using the step-scan technique with a time resolution of 5 mus on RCs that had been depleted of the iron-sulfur electron acceptors, the formation and decay of the triplet state P-3(840) have been followed in infrared for the first time. The P-3(840)/P-840 FTIR difference spectrum is compared to the P-840(+)/P-840 FTIR difference spectrum measured under identical conditions on untreated RCs and recorded with the same step-scan set-up. The latter P-840(+)/P-840 difference spectrum is essentially the same as those measured under steady-state conditions using the more conventional continuous illumination method. Comparison of the P-3(840)/P-840 and P-840(+)/P-840 spectra provides unambiguous assignment of the vibration of the 9-keto C=O group(s) of P-840 at 1684 cm(-1) as the only common negative band in the two spectra. This frequency corresponds to carbonyl group(s) free from hydrogen bonding interactions. The obtained results are discussed in the framework of the structure and photochemistry of the primary donor P-840.

    DOI

  • ラン色細菌の光生物的水素生産:化石燃料代替エネルギーの開発を目指して

    櫻井 英博, 増川 一

    蛋白質核酸酵素   48 ( 13 ) 1824 - 1831  2003年

    CiNii

  • Purification and characterization of ferredoxin-NAD(P)(+) reductase from the green sulfur bacterium Chlorobium tepidum

    D Seo, H Sakurai

    BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA-PROTEIN STRUCTURE AND MOLECULAR ENZYMOLOGY   1597 ( 1 ) 123 - 132  2002年05月

     概要を見る

    Ferredoxin-NAD(P)(+) reductase [EC 1.18.1.3, 1.18.1.2] was isolated from the green sulfur bacterium Chlorobium tepidum and purified to homogeneity. The molecular mass of the subunit is 42 kDa, as deduced by sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE). The molecular mass of the native enzyme is approximately 90 kDa, estimated by gel-permeation chromatography, and is thus a homodimer. The enzyme contains one FAD per subunit and has absorption maxima at about 272, 385, and 466 nm. In the presence of ferredoxin (Fd) and reaction center (RC) complex from C. tepidum, it efficiently catalyzes photoreduction of both NADP(+) and NAD(+). When concentrations of NADP(+) exceeded 10 muM. NADP(+) photoreduction rates decreased with increased concentration. The inhibition by high concentrations of substrate was not observed with NAD(+). It also reduces 2,6-dichlorophenol-indophenol (DPIP) and molecular oxygen with either NADPH or NADH as efficient electron donors. It showed NADPH diaphorase activity about two times higher than NADH diaphorase activity in DPIP reduction assays at NAD(P)H concentrations less than 0.1 mM. At 0.5 mM NAD(P)H, the two activities were about the same, and at I mM, the former activity was slightly lower than the latter. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

    DOI

  • Disruption of the uptake hydrogenase gene, but not of the bidirectional hydrogenase gene, leads to enhanced photobiological hydrogen production by the nitrogen-fixing cyanobacterium Anabaena sp PCC 7120

    H Masukawa, M Mochimaru, H Sakurai

    APPLIED MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY   58 ( 5 ) 618 - 624  2002年04月

     概要を見る

    In order to determine the effects of the deletion of hydrogenase genes on nitrogenase-based photobiological H-2 productivity by heterocystous N-2-fixing cyanobacteria. we have constructed three hydrogenase mutants from Anabaena sp. PCC 7120: hupL(-) (deficient in the uptake hydrogenase), hoxH(-) (deficient in the bidirectional hydrogenase), and hupL(-/)hoxH(-) (deficient in both genes). The hupL(-) mutant produced H-2 at a rate four to seven times that of the wild-type under optimal conditions. The hoxH(-) Mutant produced significantly lower amounts of H-2 and had slightly lower nitrogenase activity than wildtype. H-2 production by the hupL(-)/hoxH(-) mutant was slightly lower than, but almost equal to, that of the hupL(-) mutant. The efficiency of light energy conversion to H-2 by the hupL(-) mutant at its highest H-2 production stage was 1.2% at an actinic visible light intensity of 10 W/m(2) (PAR) under argon atmosphere. These results indicate that deletion of the hupL gene could be employed as a source for further improvement of H-2 production in a nitrogenase-based photobiological H-2 production system.

    DOI PubMed CiNii

  • Hydrogenases and photobiological hydrogen production utilizing nitrogenase system in cyanobacteria. Electron transfer kinetics in purified reaction centers from the green sulfur bacterium Chlorobium tepidum studied by multiple-flash excitation

    MASUKAWA H, MOCHIMARU M, SAKURAI H

    Int. J. Hydrogen Energy   27 ( 11/12 ) 1471 - 1474  2002年

    DOI

  • Kinetics of electron transfer between soluble cytochrome c-554 and purified reaction center complex from the green sulfur bacterium

    Photosynthe Res   71   125 - 137  2002年

    DOI

  • 環境問題に関する教育・研究の推進に向けての提案

    早稲田フォーラム。特集:大学と環境問題ー研究・教育・実践ー/「早稲田フォーラム」編集委員会、早稲田大学   80  2002年

  • 再生可能なエネルギー源の創設を目指して ー光生物的水素生産の研究ー

    早稲田フォーラム。特集:大学と環境問題ー研究・教育・実践ー/「早稲田フォーラム」編集委員会、早稲田大学   80  2002年

  • 光生物的水素生産の研究開発ー再生可能なエネルギー源の創設を目指してー

    第1回「ハイテクセミナーイン北九州」、テーマ「環境とエネルギー」/早稲田大学理工学総合研究センター    2002年

  • Photoreduction and reoxidation of the three iron-sulfur clusters of reaction centers of green sulfur bacteria

    P Setif, D Seo, H Sakurai

    BIOPHYSICAL JOURNAL   81 ( 3 ) 1208 - 1219  2001年09月

     概要を見る

    Iron-sulfur clusters are the terminal electron acceptors of the photosynthetic reaction centers of green sulfur bacteria and photosystem I. We have studied electron-transfer reactions involving these clusters in the green sulfur bacterium Chlorobium tepidum, using flash-absorption spectroscopic measurements. We show for the first time that three different clusters, named F-x, F-1, and F-2, can be photoreduced at room temperature during a series of consecutive flashes. The rates of electron escape to exogenous acceptors depend strongly upon the number of reduced clusters. When two or three clusters are reduced, the escape is biphasic, with the fastest phase being 12-14-fold faster than the slowest phase, which is similar to that observed after single reduction. This is explained by assuming that escape involves mostly the second reducible cluster. Evidence is thus provided for a functional asymmetry between the two terminal acceptors F-1 and F-2. From multiple-flash experiments, it was possible to derive the intrinsic recombination rates between P840(+) and reduced iron-sulfur clusters: values of 7, 14, and 59 s(-1) were found after one, two and three electron reduction of the clusters, respectively. The implications of our results for the relative redox potentials of the three clusters are discussed.

  • Purification of ferredoxins and their reaction with purified reaction center complex from the green sulfur bacterium Chlorobium tepidum.

    SEO D, TOMIOKA A, KUSUMOTO N, KAMO M, ENAMI I, SAKURAI H

    Biochim. Biophys. Acta   1503 ( 3 ) 377 - 384  2001年

    DOI CiNii

  • Isozymes of superoxide dismutase from Heliobacillus mobilis

    Proceeding of the 12th International Congress on Photosynthesis/ CSIRO Publishing, Camberra    2001年

  • Reduction of ferredoxins by photosynthetic reaction center complexfrom the green sulfur bacterium Chlorobium tepidum

    Proceeding of the 12th International Congress on Photosynthesis/ CSIRO Publishing, Camberra    2001年

  • Purification and characterization of ferredoxins from theheliobacterium Heliobacillus mobilis

    Proceeding of the 12th International Congress on Photosynthesis/ CSIRO Publishing, Camberra    2001年

  • Electron transfer between soluble cytochrome c-554 and purified reactioncenter from the green sulfur bacterium Chlorobium tepidum

    Proceeding of the 12th International Congress on Photosynthesis/ CSIRO Publishing, Camberra    2001年

  • Comparison of electron transfer properties of bound iron-sulfur clustersbetween green sulfur bacterial reaction center and photosystem I

    Proceeding of the 12th International Congress on Photosynthesis/ CSIRO Publishing, Camberra    2001年

  • Cloning and sequencing of the genes encoding the subunits ofbidirectional hydrogenase of Anabaena variabilis IAM M58

    Proceeding of the 12th International Congress on Photosynthesis/ CSIRO Publishing, Camberra    2001年

  • 植物生理学入門(三訂版)

    培風館    2001年

  • 公開特許:光ー水素生産効率を改良した窒素固定型ラン色細菌変異株

    公開特許公報(A)/日本国特許庁    2001年

  • 持続的未来を築くために

    早稲田大学・北京大学第1回シンポジウム/早稲田大教務部    2001年

  • Hydrogenases in heterocystous cyanobacteria – sequencing of genes and effects of knocking out of genes on hydrogen production.

    Proceedings of the 6th Japan-Korea Joint Symposium ’01 on Hydrogen Energy/Hydrogen Energy System Society of Japan and Korean Hydrogen Energy Society    2001年

  • 窒素固定ラン色細菌ヒドロゲナーゼ遺伝子破壊の水素生産に及ぼす影響

    RITE優秀研究企画平成13年度研究成果報告会/(財)地球環境産業技術研究機構    2001年

  • ラン色細菌のニトロゲナーゼ系を利用した光生物的水素生産とヒドロゲナーゼ(2001)12-16

    第21回水素エネルギー協会大会/水素エネルギー協会    2001年

  • Electron transfer kinetics in purified reaction centers from the green sulfur bacterium Chlorobium tepidum studied by multiple-flash excitation

    KUSUMOTO N, SETIF P, BRETTEL K, SEO D, SAKURAI H

    Biochemistry   38 ( 37 ) 12124 - 2137  1999年

    DOI PubMed CiNii

  • 緑色硫黄細菌Chlorobium tepidumフェレドキシンの精製と光化学反応中心における電子伝達の分光的研究

    第38回日本植物生理学会大会   (105)  1999年

  • 持続的未来に関する研究

    理工総研報告特集号-理工総研5周年記念シンポジウム/理工学総合研究センター   B2 (65-69)  1999年

  • 合格者の出身地区、偏差値から見た最近10年間の全国大学入試合格者の動向

    早稲田教育評論/教育総合研究所   13; (29-48)  1999年

  • 古細菌の生物学

    生化学/日本生化学会   71;3 (227-228)  1999年

  • Electron transfer kinetics in a purified reaction center complex from the green sulfur bacterium Chlorobium tepidum

    生体エネルギー研究会討論会(高知)   25  1999年

  • Electron transfer kinetics in purified reaction centers from the green sulfur bacterium Chlorobium tepidum studied by multiple-flash excitation

    Biochemistry/American Chemical Society   38;37  1999年

    DOI

  • 緑色硫黄細菌Chlorobium tepidumの精製反応中心の多連電子伝達系

    日本植物学会大会(秋田)   63  1999年

  • エネルギー伝達阻害剤テントキシン作用

    日本生化学会大会(横浜)    1999年

  • Hydrogenase and oxygenic photobiological production of hydrogen by cyanobacteria

    The 5th Korea-Japan Joint Symposium '99 on Hydrogen Energy/Korean Hydrogen Energy Soc./Hydrogen Energy System Soc. Japan (Yusong)    1999年

  • Hydrogenase and oxygenic photobiological production of hydrogen by cyanobacteria

    Proceedings of the 5th Korea-Japan Joint Symposium '99 on Hydrogen Energy/Korean Hydrogen Energy Soc./Hydrogen Energy System Soc. Japan    1999年

  • Electron transfer kinetics in the reaction center complex from the green sulfur bacterium Chlorobium tepidum

    Information Exchange Seminar on Photoconversion and Photosynthesis: Past, Present and Future Prospects (Under US-Japan Cooperative project) (岡崎)    1999年

  • Some characteristics of regulation of nitrogenase and hydrogen producing activities in cyanobacteria

    Photosyntesis: Mechanisms and Effects (ed. Garab, G.)/Kluwer Academic Publishers   5; (4143-4146)  1998年

  • Kinetics of interaction between CF1 and tentoxin

    Photosyntesis: Mechanisms and Effects (ed. Garab, G.)/Kluwer Academic Publishers   3; (2143-2146)  1998年

  • Effects of organic solvents and tentoxin on enzyme-bound ATP synthesis in isolated chloroplast coupling factor 1

    Photosynthesis Res./International Society of Photosynthesis Research    1998年

    DOI

  • Effects of growth conditions and paraquat treatment on antioxidative enzymes in the green alga Chlamydomonas reinhardtii

    Photosyntesis: Mechanisms and Effects (ed. Garab, G.)/Kluwer Academic Publishers   3; (1687-1690)  1998年

  • Activities and kinetics of electron transfer in a reaction center complex from the green sulfur bacterium Chlorobium tepidum

    Photosyntesis: Mechanisms and Effects (ed. Garab, G.)/Kluwer Academic Publishers   1; (563-566)  1998年

  • Defensive enzymes against oxidative stress and mechanism of sulfite accumulation in green algae

    Abstract; India-Japan Joint Seminar on Stress in Plants    1998年

  • 地球温暖化防止京都会議(COP3)に参加して

    私立大学環境対策協議会第14回総会・研修会講演資料   (7-8)  1998年

  • 地球温暖化防止京都会議 会場の熱気と今後の課題

    化学と工業/日本化学会   51;9 (1445-1448)  1998年

  • Three kinds of binding site for tentoxin on isolated chloroplast coupling factor 1

    FEBS Lett./Federation of European Biochemical Societies   419 (23-26)  1997年

    DOI

  • 大学入試から見た高校間格差の研究(第4報)-全国の高校に関する分析

    早稲田教育評論/早稲田大学教育総合研究室   11;1  1997年

  • 高等学校の運動部活動に関する調査と研究-部員数の変化と高校生・大学生の調査から

    早稲田教育評論/早稲田大学教育総合研究室   11;1  1997年

  • 亜硫酸のChlorella vulgaris光合成及び細胞内ATPレベルに対する影響

    日本植物生理学会年会/日本植物生理学会    1997年

  • Characteristics of Sulfite Transport by Chlorella vulgaris

    Plant and Cell Physiology/日本植物生理学会   38;4  1997年

  • 高濃度テントキシンと単離CF1の相互作用

    日本生化学会大会「生化学」/日本生化学会   68;7  1997年

  • Electron transfer from cytochrome to ferredoxin in purified reaction center complexes from Chlorobium tepidum

    Abstract; Workshop on Green and Heliobacteria/European Science Foundation   -29  1997年

  • 緑藻Chlamydomonas reinhardtiiにおけるパラコート投与に応答した酸化的ストレス防御系酵素の変動

    日本植物学会第61回大会研究発表記録/日本植物学会   -303  1997年

  • 緑色硫黄光合成細菌Chlorobium tepidum光化学反応電子受容体側の研究

    日本植物学会第61回大会研究発表記録/日本植物学会   -242  1997年

  • 実験室安全への早稲田大学の取り組み

    第2回「学術研究機関における安全」シンポジウム報告   (47-48)  1997年

  • ラン色細菌・緑藻のテントキシン感受性及び葉緑体ATP合成酵素へのテントキシンの結合様式について

    日本植物学会第61回大会研究発表記録/日本植物学会   -197  1997年

  • Effects of sulfite on Chlorella: The mechanism of entrance into cells and inhibition of photosynthesis

    Abstract; 3rd Asian-pacific Concerence on Plant Physiology/Chinese Society for Plant Physiology   -107  1997年

  • 早稲田大学における薬品管理システム

    北海道大学環境安全センター報/北海道大学環境安全センター   7 (10-13)  1997年

  • 水銀処理によって特異的に破壊された鉄硫黄センターBの機能的再構成条件の再検討

    日本植物生理学会1996年度年会    1996年

  • 光合成細菌Chlorobiumフェレドキシンの精製とNADP+光還元活性

    日本植物生理学会1996年度年会    1996年

  • 光還元されるFe-Sセンターを有するHeliobacillus mobilisの光化学反応中心複合体

    日本植物生理学会1996年度年会    1996年

  • 亜硫酸の藻類による取り込みとその光合成,ATPレベルに対する影響

    日本植物生理学会1996年度年会    1996年

  • Function of the reaction cener of green sulfur bacteria

    Photochemistry and Photobiology/American Society for Photobiology   64;1  1996年

    DOI

  • 「古細菌」か「始原菌」かに関する意見

    生化学/日本生化学会   68;8  1996年

  • 緑色硫黄光合成細菌Chlorobium tepidum光化学反応中心粒子の電子伝達に関する研究

    日本植物学会大会/日本植物学会   日本植物学会大会研究発表記録  1996年

  • 緑色硫黄光合成細菌Chlorobium tepidumおよびヘリオバクテリアHeliobacillus mobilisの光化学反応中心複合体の分光学的研究

    日本生物物理学会年会「生物物理」/日本生物物理学会   36;suppl.  1996年

  • ヘリオバクテリアHeliobacillus mobilisの光化学反応中心の分光学的解析

    日本植物学会大会/日本植物学会   日本植物学会大会研究発表記録  1996年

  • FTIRによる緑色硫黄細菌Chlorobium tepidumのホモダイマー反応中心蛋白質におけるP840+の構造と分子相互作用

    日本生物物理学会年会。生物物理   36;suppl.  1996年

  • Electric and Vibrational Structure of the Radical Cation of P840 in the Putative Homodimeric Reaction Center from Chlorobium tepidum as Studied by FTIR Spectroscopy

    Biochemistry/American Chemical Society   35;48  1996年

    DOI

  • Chlorella vulgarisにおける亜硫酸取り込みの特性とその細胞内ATPレベルに対する影響

    日本植物学会大会/日本植物学会   日本植物学会大会研究発表記録  1996年

  • 緑色硫黄光合成細菌Chlorobiumtepidum光化学反応中心複合体の電子伝達の分光学的研究

    第33回日本生物物理学会    1995年

  • 光化学活性を有するヘリオバクテリアHeliobacillusmobilisの光化学系反応中心複合体の単離

    日本植物学会第59回大会    1995年

  • 亜硫酸のChlorella光合成障害とアスコルビン酸含量に対する影響

    日本植物学会第59回大会    1995年

  • ニチニチソウ緑葉及び培養細胞のフォスファターゼに関する研究

    日本植物学会第59回大会    1995年

  • テントキシンのCF1結合型ATP合成反応に対する影響

    第68回日本生化学会大会    1995年

  • Uptake of sulfite and photoinhibition in algal cells

    Photosynthesis: from Light to Biosphere(Ed. Mathis, P.)/Kluwer Academic Pub.   5  1995年

  • Preparation and characterization of a photoactive reaction center complex from the heliobacterium Heliobacillus mobilis

    Photosynthesis: from Light to Biosphere(Ed. Mathis, P.)/Kluwer Academic Pub.   2  1995年

  • Optical properties of photoactive reaction center complexes from the green sulfur bacterium Chlorobium tepidum

    Photosynthesis: from Light to Biosphere(Ed. Mathis, P.)/Kluwer Academic Pub.   2  1995年

  • Effects of oxidative stress and cluture conditions on thelevels of defensive enzymes against oxidative stress in Chlamydomonas reinhardtii

    Photosynthesis: from Light to Biosphere(Ed. Mathis, P.)/Kluwer Academic Pub.   4  1995年

  • Effects of high concentrations of tentoxin on ATPase activity of CF1 and CF1-bound ATP synthesis

    Photosynthesis: from Light to Biosphere(Ed. Mathis, P.)/Kluwer Academic Pub.   3  1995年

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産業財産権

  • 光-水素生産効率を改良した窒素固定型ラン色細菌変異株

    特許権

     概要を見る

    特開2001-258563

共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 環境戦略

  • ATP合成酵素

  • SO2-による光合成系の障害

  • 光化学反応系の比較研究(光化学系Iと緑色硫黄細菌型)

  • 生物による光-水素生産

  • Injury of photosynthetic machinery by SO2-

  • Comparative Studies of photosystems (Photosystem I type and green-sulfur bacteria type)

  • Bio-solar hydrogen production

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学内研究費(特定課題)

  • ラン色細菌の光生物的水素生産性の遺伝工学的改良

    2005年  

     概要を見る

     大気中の温室効果ガス濃度の上昇を抑制するには、化石燃料の代替となる再生可能エネルギーの開発が必要である.光合成生物を利用し、太陽光をエネルギー源として、再生可能エネルギーとして水素を大量生産するための基盤となる研究をおこなった。ラン色細菌のニトロゲナーゼを利用し、光生物的水素生産の効率を上昇させる目的で,取込み型ヒドロゲナーゼ(Hup)の構造遺伝子を破壊した変異株を5種類製作した。その内の4株は、全ゲノム配列が報告されているAnabaena/Nostoc sp. PCC 7120を親株とするものである. もう一つは、Nostoc sp. PCC 7422を親株とするものである.内外のラン色細菌株保存センターから得られた13株について、ニトロゲナーゼ活性を測定し、この株がもっとも活性が高かったのでこれを選んだ. この株はヒドロゲナーゼとして、Hup及び双方向性ヒドロゲナーゼ(Hox)の遺伝子クラスターをもつが、クラスター周辺の機能未知のORFの遺伝子を含めて塩基配列を明らかにした.ついで、hupL遺伝子の分断破壊株(ΔhupL)を作製し、これが目的とする変異株であることを確認した。ΔhupL株は、その水素生産活性が、親株(野生株)に比べて約3倍に上昇していた. ΔhupL株は、連続光条件下で水素を約10日間で濃度22-29%まで蓄積することができた。また、酸素に対する抵抗性も比較的高く、初期濃度20%の酸素を含む気相で培養しても最初の6日間の水素生産は5%程度までしか阻害されず、12日後でも阻害の程度は約15%であった。このように酸素に対する抵抗性が比較的高いのは、親株の選抜に当たり、空気の下で窒素固定活性の高い株を選ぶという研究戦略をとったことが適切であったことを示している.また、水素を10%以上に蓄積した後、気相をAr+5% CO2に再び置換すると水素生産が再開されるが、その初速度は最初の場合よりも低かったので、水素を繰り返し収穫する為には、培養条件の検討が必要であることが分かった. ΔhupL株の光-水素エネルギー変換効率は約3.7%(PAR:光合成有効放射.窒素栄養欠乏培地に移してから1-7日の平均)と比較的高かったが、このような高い効率は弱光下(18 W/m2)においてのみ得られるので、この問題の克服が必要である.  

  • ポストゲノム時代のラン色細菌の光生物的水素生産性向上に向けた基礎研究

    2004年  

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    本研究の目的は、ラン色細菌の光合成系を利用して化石燃料代替エネルギーとして経済的に水素を光生物的に生産するするための生物学的基盤構築に貢献することである.前年度までの成果の上に研究を継続し、次の成果を得た.1.ヒドロゲナーゼ構造遺伝子破壊変異株構築本研究室における予備的研究によりNostoc sp. PCC 7422野生株は他の株に比べて、Hox(双方向性ヒドロゲナーゼ)活性が極めて低くかつニトロゲナーゼ活性が比較的高かった.本株のhox,hup遺伝子クラスターの塩基配列を決定し、hupL破壊変異株(ΔhupL)を作成した.PCC 7422変異株の水素生産性は、既に作成したPCC 7120 ΔhupL変異株のものとほぼ同等で,野生株に比べて4-7倍の生産性を示した.(発表準備中)2.ヒドロゲナーゼ成熟遺伝子hypF破壊変異株構築ヒドロゲナーゼの活性発現にはhyp遺伝子群の共同を必要とし,このうちHypFは金属クラスター形成に必須であるといわれる。PCC 7120 は2種類のヒドロゲナーゼを持つが,その活性を完全になくすにはそれぞれの構造遺伝子を破壊しなければならない。それに対し,HypF破壊の場合は1回の遺伝子操作で両方の活性を抑制できる可能性が考えられるので、ΔhypFを遺伝子破壊法により作成した。ΔhypF株は期待通りに野生株に比べて高い水素生産性を示した.なお、窒素飢餓条件に移してから窒素固定(水素生産)を開始するまでの時間に関し、ΔhupL、ΔhypF、野生株の間にわずかな差が認められるので、その原因について研究を継続している。3.ヒドロゲナーゼ変異株による水素の蓄積初期気相をさまざまに変え,密閉容器中での水素の蓄積について検討した.Ar + 5%CO2のとき、水素を比較的高濃度に蓄積し,濃度(v/v)30%以上にまで達した.これは、実用化に向けての大きな成果だと考えられ,更に高濃度蓄積に向けて諸条件の検討を行っている.

  • 光生物的水素生産性向上に向けたラン色細菌の改良

    2003年  

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    1.ラン色細菌ヒドロゲナーゼの分布 これまで、ラン色細菌の多くは取込み型ヒドロゲナーゼ(Hup)と双方向性ヒドロゲナーゼ(Hox)の両方を持つが、Hoxを持たない株の存在が1例報告されていた。ヘテロシスト形成するラン色細菌において、ヒドロゲナーゼの分布を調べるため、日、仏、米国の藻類保存センターが所有する15株についてHupとHoxの遺伝子および活性の存否を調べた。その結果、Hupはすべての株が持っており、その生理的役割としては、エネルギー回収により窒素固定効率を高め、自然界では生存に有利に働いている可能性が強く示唆された。一方、Hoxは15株中12株が持つが、持たないものとして既報の1株に加え、新たに2株見つかった。それらはソテツ、コケと共生し、あるいは菌類と共生し地衣類の構成生物となっているという共通点が見られ、ラン色細菌は共生関係の中で窒素固定を十分にしていると思われる。このHox分布とΔhoxH突然変異株についての解析結果は、Hoxは光合成で生じた余剰な還元力を排出するための調節弁として働くという説と調和したものである2.ホモクエン酸合成酵素遺伝子破壊株の水素生産性に関する評価 水素生産活性は、窒素欠乏培地に移して約30-50時間後に一旦上昇した後、やや急速に低下するが、その原因としては窒素栄養充足によってニトロゲナーゼ活性が低下することが考えられる。したがって、窒素固定に向いていた電子を水素生産により多く振り向けるようにニトロゲナーゼを改変すれば、窒素固定効率が低下し、その低下分の窒素栄養を満たすために活性が持続するばかりでなく、水素生産の変換効率が上昇する可能性がある。ニトロゲナーゼの活性中心にはホモクエン酸が配位し、嫌気性窒素固定細菌Klebsiella pneumoniaeのホモクエン酸合成酵素NifV欠損株のニトロゲナーゼin vitro活性は、窒素固定は著しく低下するが水素生産は変わらないと報告されている。Anabaena PCC 7120のnifV遺伝子はnifV1とnifV2の2コピーあるので、それらの一方または両方を破壊した3種の変異株、ΔnifV1、ΔnifV2、ΔnifV1/ΔnifV2株を野生株とΔhupL株から計6株作製し、その水素生産性について研究を行っている。

  • ヘリオバクテリア、緑色硫黄細菌における光合成系の還元力形成と利用の比較研究

    2002年  

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     ヘテロシスト型窒素固定ラン色細菌Anabaena PCC 7120は取込み型ヒドロゲナーゼHupおよび双方向性ヒドロゲナーゼHoxを持ち、その全ゲノムDNA塩基配列が決定され、遺伝子導入法が確立されている。この株をモデル生物として、それぞれの構造遺伝子hupLとhoxHの一方および両方を破壊した3種の変異株、ΔhupL、ΔhoxH、ΔhupL/ΔhoxHを作製した。3つの変異株および野生株を硝酸塩などの窒素源を含まないニトロゲナーゼ誘導培地に移して培養し、水素生産性とニトロゲナーゼ活性(アセチレン還元活性)、成長曲線(クロロフィル濃度)を経時的に測定した。水素生産活性の最大値を比較したところ、ΔhupL株は野性株の4-7倍の活性を示したが、ΔhupL/ΔhoxH株はΔhupL株と比べてそれ以上の活性増大を示さなかった。ΔhoxH株は水素生産性増大につながらず、むしろ15-33%活性が低下していた。また、ニトロゲナーゼ活性を野生株と比較したとき、ΔhoxH株はわずかに(10%以下)低かったが、ΔhupL とΔhupL/ΔhoxH株はそのような低下を示さなかった。ΔhoxH株の成長を野性株と比較したところ、空気プラス1%CO2を通気した場合は差がなかったが、空気のみを通気した場合は有意に遅かった。 水素生産が最大活性時のΔhupL株細胞懸濁液を用い、アルゴン気相下で、光から水素へのエネルギー変換効率を経時的に測定した。励起光源には模擬太陽光スペクトルを出すハロゲンランプを用い、光合成有効照射(PAR)のみを透過するフィルターを通して強度5-250 W/m2 PARの範囲で照射したところ200 W/m2 PAR以下では水素は照射開始10-35分にわたってほぼ直線的に増加した。250 W/m2 PARでは、活性が時間と共に低下したが、これは光阻害のためと考えられる。励起光強度5-50 W/m2 PARの間では、入射エネルギーに対する変換効率はほぼ一定で約1.0-1.6%であった。光強度がこれを越えるにつれて効率は低下し、250 W/m2 PARで光照射10-20分の効率は0.24%、20-30分では0.17%であった。 以上の結果より、今後の改良の方向性として、高い水素発生の時間が10時間以上続くようにすること、エネルギー変換効率を可視光に対して2%程度に高めること、強光阻害を受けにくくすることの必要性が明らかになった。

  • ヘリオバクテア、緑色硫黄細菌における光合成系の還元力形成と利用の比較研究

    2001年  

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    ・緑色硫黄細菌における初発電子供与体P840+と3つのFe-Sクラスターの間の電荷再結合反応(Setif et. al. 2001):反応中心には電子供与体側にP840と2つのシトクロムが、電子受容体側には3つのFe-Sクラスターが結合している。3連の閃光で励起した後の吸光度変化をms領域で測定し、見かけの電荷再結合反応速度を得た。P840とシトクロムの間の酸化還元電位差から各閃光照射後のP840+の割合を算出し、真の反応速度を求めた。・緑色硫黄細菌Chlorobium tepidumの可溶性シトクロムc-554と反応中心間の反応(Itoh et al. 2002):可溶性シトクロムc-554(10 kDa)を精製してその諸性質を調べ、閃光分光法により反応中心との間の反応性について研究した。シトクロムの電子供与の相手としてはP840と結合シトクロムcの2つが考えられる。3連の閃光実験において、1発目と2発目の閃光の時間間隔を変えることの3発目の閃光後のkineticsに及ぼす効果を測定し、理論的考察から、可溶性シトクロムの電子供与先は結合シトクロムであると結論した。・緑色硫黄細菌Chlorobium tepidumのフェレドキシン-NAD(P)レダクターゼ(FNR)(Seo et al., 2002):FNRは、酸素発生型光合成の還元系の主経路に位置する酵素である。この細菌でもFNRの存在が予期されていたが、解読された全ゲノムDNA塩基配列中には既知の光合成生物FNRと相同性の高いタンパク質をコードする遺伝子は存在しなかった。しかし、ジアフォラーゼ活性を手がかりに精製したところ、NADPH依存性の活性がFNR活性と相関が高いことが分かり、FNRを純化することができた。精製FNRのN末端アミノ酸配列を決定し、遺伝子との比較からこの細菌のFNRはダイマーで、既知のFNRとは全く異なる新しいタイプのものであることが分かった。

  • 緑色硫黄細菌反応中心とこれにつながる電子伝達系

    2000年  

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     緑色硫黄細菌Chlorobium tepidumから4種のフェレドキシン(FdA-D)を精製した。これらのFdの吸収スペクトルは、いずれも4Fe-4S型の特徴を示し、385nmおよび280nmに吸収の極大を、305nmに肩を持っていた。同じ細菌から精製した反応中心粒子およびホウレンソウFNRの存在下で、これらのFdは高いNADP+還元活性を示し、それぞれのKmおよびVmaxを決定した。精製したFdのN末端アミノ酸配列分析から、FdCとFdDのものは同じで、合計3種の配列が得られた。この細菌からは3つのFd遺伝子の存在が示されており、ここに得られた3種のN末端アミノ酸配列はこれらに対応している。FdCとFdDがクロマトグラフィー的に異なる挙動を示す理由は、今のところ不明である。これまで緑色硫黄細菌のFdは極めて酸素感受性が高く、空気中では短時間のうちに失活すると報告されていたが、今回われわれが精製したChlorobium tepidumのFdは酸素に対して比較的抵抗性で、気相を空気、4℃で保存したとき6日間で10-15%しか失活しなかった。 反応中心は電子受容体側に3種のFe-Sクラスターを結合している。これらのFe-Sクラスターの還元型それぞれと酸化型初発電子供与体P840+の間の電荷再結合速度を閃光分光法により測定した。 Heliobacillus mobilisから2種の4Fe-4S型Fdを部分精製した。このうちの1つは極めて酸素感受性が高かったが、他はそれほど感受性が高くなかった。

  • 光合成生物の酸化的ストレス感受性部位と防御機構

    1998年  

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     緑藻Chlamydomonas reinhadtiiの抗酸化ストレス酵素系の培養条件に対する応答について研究した。 培養時の気相が空気のもの(低CO2細胞)と空気に1% CO2を添加したもの(高CO2細胞)とを比較すると、防御系酵素のうちAPX, SOD, CAT, GRの活性は、低CO2細胞の方が高かった。特にAPXは、前者の方が後者よりも10倍以上活性が高かった。この結果は、Sueltemeyer et al. (1993)の結果と多くの部分で一致しているが、彼らはGRに関してはわれわれと異なり、前者の方が低いと報告している。 Chlamydomonasは、少なくとも4種のSODアイゾザイムを持っており、その3つはMn-SODで、1つはFe-SODである。高CO2細胞を50x10-6 Mのパラコート(PQ)存在下で25時間培養すると、SOD活性が低下した。SODアイソザイムそれぞれの活性を電気泳動後の活性染色により分離定量したところ、Fe-SOD活性は著しく低下したのに対し、Mn-SOD活性は低下しないことがわかった。低CO2細胞では、このようなSODの活性低下は見られなかった。Fe-SODはH2O2に対して感受性であるのに対し、Mn-SODは非感受性である。これらの結果より、PQ処理によって細胞内H2O2濃度が上昇したが、低CO2細胞はこれに対抗できたのに対し、防御系酵素の活性が低い高CO2細胞はこれに対抗できなかったと結論される。

  • 光合成生物の酸化的ストレスに対する応答機構

    1997年  

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    色硫黄細菌Chlorobium tepidumから、調製時に嫌気性が保持されるように特に注意を払うことにより、光化学反応活性の高い反応中心粒子(PS-C)を得た。PS-Cの調製時に酸素が混入すると、光照射による安定な電荷分離は得られず、バクテリオクロロフィルのtripletが著しく増大することが判った。その原因の一つとして、Fe-Sセンターの酸素による破壊が推定される。 緑藻Chlamydomonasの培養条件と酸化的ストレス防御系諸酵素のレベルの関係を調べた。空気を通気したものと1%炭酸ガスを含む空気を通気したものとの比較では、一般に前者の方が諸酵素の活性レベルが高かった。後者の条件で培養したものにパラコート添加により酸化的ストレスを与えると、カタラーゼ活性は増大したが、予想に反してスパーオキシドディスムターゼ(SOD)の活性は低下した。Chlamydomonasには少なくとも4つのSODアイソザイムがあるので、電気泳動後の活性染色によりそれぞれの活性を調べたところ、1つあるFe-SODの活性が低下しているが、Mn-SODの活性には変動がないことが判った。Fe-SODを、ゲル電気泳動後にニトロセルロース膜にブロッティングし、抗体を用いて定量したところ、活性の低下に見合って蛋白質量も低下していることが判った。研究成果:1997年9月 (Urbino)、 Sakurai, H., Kusumoto, N., Nakamura, Y., Seo, T., Inoue, K., Brettel, K., Setif, P. Abstract of the Workshop on Green and Heliobacteria (ESF)、Electron transfer from cytochrome to ferredoxin in purified reaction center complexes from Chlorobium tepidum

  • 植物の酸化的ストレスに対する応答機構

    1996年  

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     亜硫酸は酸性雨の原因物質の1つであり、世界の森林に大きな被害を与えている。亜硫酸の細胞内への侵入機構は、植物ばかりではなく他の生物においても明らかになっていなかった。その機構に関しては、アニオンが細胞膜にある未同定の輸送体を介して輸送されるという説と非解離型の分子種が脂質相を単純拡散するという説が対立していた。多くの実験結果は後者を支持していたが、この説では取り込みの温度係数が約2.0-2.5と高いことの説明が困難であった。われわれは、単細胞緑藻Chlorellaの亜硫酸取り込みの見かけの温度係数がやはり約2.0と高いことを確認した。しかし、亜硫酸の解離定数自体が温度により影響を受けることが判り、これを考慮して非解離型分子種の割合を算出すると温度係数は約1.45となり、この数値は単純拡散説と矛盾しない程度の大きさとなった。Chlorella細胞は低pH溶液では亜硫酸を急激に蓄積し、細胞内ATPレベルが急速に低下する。ギ酸との比較から、この低下は少なくとも30分程度の短時間では、亜硫酸特有の作用ではなく細胞の酸性化によることが判った。

  • 植物の環境適応の生理生科学的研究

    1995年  

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    1. 酸化的ストレスに応答するタンパク質の研究 単細胞緑藻Chlamydomonasの培地に酸化的ストレスを増大させるパラコート(PQ)を添加したときの酸化的ストレス防御系酸素の活性変動について研究した。独立栄養培地(MIN)では,スーパーオキシドジスムターゼ(SOD)およびカタラーゼ(CAT)の活性レベルは0.1μMのPQ添加により変化がなかった。また,SODのアイソザイムのパターンにも大きな変化はなかった。光従属栄養培地(TAP)では,両酵素のレベルはMINのものにくらべて低かった。アスコルビン酸ペルオキシダーゼ(APX),グルタチオンレグクターゼ(GR)のレベルは,MINに0.05-0.1μMのPQを添加することにより30-50%増大した。TAPでは,MINにくらべてAPXのレベルは顕著に低かったが,GRはほぼ同じであった。 SO2のChlorellaへの透過の機構に関しては,大部分のデータはSO2が脂質層を単純拡散するという考えと矛盾しないが,取り込み後の光合成の阻害は複雑で更に多くの要因を考慮しなければならないことを示す結果が得られた。2. リン酸ストレスに応答するタンパク質 ニチニチソウ培養細胞はリン酸欠乏条件で数種の細胞外酸性ホスファターゼを分泌する。これとは別に,葉にはアルカリ性pHでも活性のあるホスファターゼが存在することを発見し,その精製を目指している。

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委員歴

  • 1991年
    -
    1992年

    日本植物学会  幹事長,評議員

  • 1987年
    -
    1991年

    日本植物生理学会  評議員

  • 1985年
    -
    1986年

    日本植物学会  幹事長,評議員