2025/07/16 更新

写真a

シン ケンジン
沈 建仁
SHEN Jian-Ren
所属
学術研究院先鋭研究領域(異分野基礎) 教授
職名
教授
外部リンク

学位

  • 理学博士 ( 東京大学 )

研究キーワード

  • 結晶構造解析

  • 光化学系II

  • 構造生物学

  • 膜蛋白質

  • 光合成

  • Crystal structure analysis

  • Photosystem II

  • Membrane proteins

  • Photosynthesis

研究分野

  • ライフサイエンス / 生物物理学

  • ライフサイエンス / 植物分子、生理科学

  • ライフサイエンス / 構造生物化学

学歴

  • 東京大学   Graduate School, Division of Natural Science   Department of Pure and Applied Sciences

    - 1990年

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  • 東京大学    

    - 1990年

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    国名: 日本国

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  • 中国浙江農業大学   農学部   環境保護専攻

    - 1982年

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    国名: 中華人民共和国

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  • Zhejiang Agriculture University, China   Faculty of Agriculture   Department of Environmental Science,

    - 1982年

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経歴

  • 岡山大学   異分野基礎科学研究所   所長

    2022年4月 - 現在

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  • 岡山大学   The Research Institute for Interdisciplinary Science

    2016年 - 現在

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  • 岡山大学自然科学研究科光合成研究センター センター長

    2013年 - 2016年

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  • - PRESTO Advisor,Japan Science and Technology Agency

    2011年

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  • - 科学技術振興機構 さきがけ研究 領域アドバイザー

    2011年

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所属学協会

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委員歴

  • Photosynthesis Research   Editorial Board Member  

    2021年5月 - 現在   

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  • 日本光合成学会   常任幹事  

    2020年1月 - 現在   

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  • 日本量子生命科学会   運営委員会  

    2019年7月 - 現在   

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    団体区分:学協会

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  • カーボン・エネルギーコントロール社会協議会   共同代表  

    2017年7月 - 現在   

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  • International Society of Photosynthesis Research   Geographical Area Representative  

    2016年1月 - 現在   

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論文

  • Collective motions in the primary coordination sphere: a critical functional framework for catalytic activity of the oxygen-evolving complex of photosystem II. 査読 国際誌

    Hiroshi Isobe, Takayoshi Suzuki, Michihiro Suga, Jian-Ren Shen, Kizashi Yamaguchi

    Chemical science   16 ( 26 )   12024 - 12042   2025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)  

    Photosynthetic water oxidation, vital for dioxygen production and light energy conversion, is catalyzed by the oxygen-evolving complex of photosystem II, where the inorganic Mn4CaO5 cluster acts as the catalytic core. In this study, we investigate the functional significance of collective motions of amino acid side chains within the primary coordination sphere of the Mn cluster, focusing on their role in modulating the energetic demands for catalytic transformations in the S3 state. We applied regularized canonical correlation analysis to quantitatively correlate the three-dimensional arrangement of coordinating atoms with catalytic driving forces computed via density functional theory. Our analysis reveals that distinct collective side chain motions profoundly influence the energetic requirements for structural reconfigurations of the Mn cluster, achieved through expansion and contraction of the ligand cavity while fine-tuning its geometry to stabilize key intermediates. Complementary predictions from a neural network-based machine learning model indicate that the coordination sphere exerts a variable energetic impact on the catalytic transformations of the Mn cluster, depending on the S-state environment. Integrated computational analyses suggest that the extended lifetime of the S3YZ˙ state, consistently observed after three flash illuminations, may result from slow, progressive protein dynamics that continuously reshape the energy landscape, thereby shifting the equilibrium positions of rapid, reversible chemical processes over time. Overall, our findings demonstrate that collective motions in the primary coordination sphere constitute an active, dynamic framework essential for the efficient execution of multi-electron catalysis under ambient conditions, while simultaneously achieving a high selectivity with irreversible nature required for effective 3O2 evolution.

    DOI: 10.1039/d5sc02386f

    PubMed

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  • Structure of a photosystem I supercomplex from Galdieria sulphuraria close to an ancestral red alga. 査読 国際誌

    Koji Kato, Minoru Kumazawa, Yoshiki Nakajima, Takehiro Suzuki, Naoshi Dohmae, Jian-Ren Shen, Kentaro Ifuku, Ryo Nagao

    Science advances   11 ( 20 )   eadv7488   2025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)  

    Red algae exhibit unique photosynthetic adaptations, characterized by photosystem I (PSI) supercomplexes containing light-harvesting complexes (LHCs), forming PSI-LHCI supercomplexes. In this study, we solved the PSI-LHCI structure of Galdieria sulphuraria NIES-3638 at 2.19-angstrom resolution using cryo-electron microscopy, revealing a PSI monomer core associated with seven LHCI subunits. Structural analysis uncovered the absence of phylloquinones, the common secondary electron acceptor in PSI of photosynthetic organisms, suggesting adaptation to a benzoquinone-like molecule. Phylogenetic analysis suggests that G. sulphuraria retains traits characteristic of an ancestral red alga, including distinctive LHCI binding and interaction patterns. Variations in LHCI composition and interactions across red algae, particularly in red-lineage chlorophyll a/b-binding-like protein and red algal LHCs, highlight evolutionary divergence and specialization. These findings not only deepen our understanding of red algal PSI-LHCI diversification but also enable us to predict features of an ancestral red algal PSI-LHCI supercomplex, providing a framework to explore evolutionary adaptations from an ancestral red alga.

    DOI: 10.1126/sciadv.adv7488

    PubMed

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  • Structure of a photosystem II-FCPII supercomplex from a haptophyte reveals a distinct antenna organization. 査読 国際誌

    Romain La Rocca, Koji Kato, Pi-Cheng Tsai, Yoshiki Nakajima, Fusamichi Akita, Jian-Ren Shen

    Nature communications   16 ( 1 )   4175 - 4175   2025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)  

    Haptophytes are unicellular algae that produce 30 to 50% of biomass in oceans. Among haptophytes, a subset named coccolithophores is characterized by calcified scales. Despite the importance of coccolithophores in global carbon fixation and CaCO3 production, their energy conversion system is still poorly known. Here we report a cryo-electron microscopic structure of photosystem II (PSII)-fucoxanthin chlorophyll c-binding protein (FCPII) supercomplex from Chyrostila roscoffensis, a representative of coccolithophores. This complex has two sets of six dimeric and monomeric FCPIIs, with distinct orientations. Interfaces of both FCPII/FCPII and FCPII/core differ from previously reported. We also determine the sequence of Psb36, a subunit previously found in diatoms and red algae. The principal excitation energy transfer (EET) pathways involve mainly 5 FCPIIs, where one FCPII monomer mediates EET to CP47. Our findings provide a solid structural basis for EET and energy dissipation pathways occurring in coccolithophores.

    DOI: 10.1038/s41467-025-59512-9

    PubMed

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  • Cryo-EM Analysis of a Tri-Heme Cytochrome-Associated RC-LH1 Complex from the Marine Photoheterotrophic Bacterium Dinoroseobacter Shibae. 査読 国際誌

    Weiwei Wang, Yanting Liu, Jiayi Gu, Shaoya An, Cheng Ma, Haichun Gao, Nianzhi Jiao, Jian-Ren Shen, John Thomas Beatty, Michal Koblížek, Xing Zhang, Qiang Zheng, Jing-Hua Chen

    Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany)   12 ( 18 )   e2413456   2025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)  

    The reaction center-light harvesting 1 (RC-LH1) complex converts solar energy into electrical energy, driving the initiation of photosynthesis. The authors present a cryo-electron microscopy structure of the RC-LH1 isolated from a marine photoheterotrophic bacterium Dinoroseobacter shibae. The RC comprises four subunits, including a three-heme cytochrome (Cyt) c protein, and is surrounded by a closed LH ring composed of 17 pairs of antenna subunits. Notably, a novel subunit with an N-terminal "helix-turn-helix" motif embedded in the gap between the RC and the LH ring is identified. The purified RC-LH1 complex exhibits high stability in solutions containing Mg2+ or Ca2+. The periplasmic Cyt c2 is predicted to bind at the junction between the Cyt subunit and the membrane plane, enabling electron transfer from Cyt c2 to the proximal heme of the tri-heme Cyt, and subsequently to the special pair of bacteriochlorophylls. These findings provide structural insights into the efficient energy and electron transfer processes within a distinct type of RC-LH1, and shed light on evolutionary adaptations of photosynthesis.

    DOI: 10.1002/advs.202413456

    PubMed

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  • Aggregation-Induced Excitation-Energy Quenching in Fucoxanthin Chlorophyll a/c-Binding Proteins from the Diatom Phaeodactylum tricornutum 査読

    Yoshifumi Ueno, Ou-Yang Li, Jian-Ren Shen, Tatsuya Tomo, Seiji Akimoto, Ryo Nagao

    The Journal of Physical Chemistry B   2025年3月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:American Chemical Society (ACS)  

    DOI: 10.1021/acs.jpcb.4c06894

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書籍等出版物

  • 光合成

    日本光合成学会編( 担当: 共著 ,  範囲: 沈 建仁 : 構造解析の新展開, pp. 179-186)

    朝倉書店  2021年11月 

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  • Photosynthesis: Molecular Approaches to Solar Energy Conversion, Advances in Photosynthesis and Respiration, Vol. 47

    ( 担当: 共編者(共編著者))

    Springer, Switzerland  2021年10月 

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  • Photosynthesis: Molecular Approaches to Solar Energy Conversion, Advances in Photosynthesis and Respiration, Vol. 47

    ( 担当: 共著 ,  範囲: Wenda Wang, Jian-Ren Shen, Structure, Organization and Function of Light-harvesting Complexes Associated with Photosystem II. pp. 163-194)

    Springer, Switzerland  2021年10月 

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  • Encyclopedia of Biological Chemistry, 3rd Edition

    ( 担当: 共著 ,  範囲: Jian-Ren Shen: Photosystem II: Protein Components, Structure and Electron Transfer. vol. 2, pp. 215–228)

    Oxford, Elsevier  2021年2月 

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  • CSJカレントレビュー38 光エネルギー変換における分子触媒の新展開

    日本化学会編( 担当: 分担執筆 ,  範囲: 菅 倫寛、沈 建仁: 光合成光化学系IIの構造と触媒機能, pp 26-31)

    化学同人  2020年5月 

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MISC

  • Geometric, electronic and spin structures of the CaMn4O5 catalyst for water oxidation in oxygen-evolving photosystem II. Interplay between experiments and theoretical computations

    Kizashi Yamaguchi, Mitsuo Shoji, Hiroshi Isobe, Takashi Kawakami, Koichi Miyagawa, Michihiro Suga, Fusamichi Akita, Jian-Ren Shen

    COORDINATION CHEMISTRY REVIEWS   471   2022年11月

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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: 10.1016/j.ccr.2022.214742

    Web of Science

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  • イネ由来ケイ酸チャネルによるケイ酸透過機構の構造基盤

    齊藤恭紀, 三谷(上野)奈見季, 斉藤圭亮, 斉藤圭亮, 松木謙悟, HUANG Sheng, YANG Lingli, 山地直樹, 石北央, 石北央, SHEN Jian-Ren, SHEN Jian-Ren, MA Jian Feng, 菅倫寛, 菅倫寛, 菅倫寛

    日本分子生物学会年会プログラム・要旨集(Web)   44th   2021年

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  • クライオ電子顕微鏡単粒子解析による光合成超分子複合体の構造解析 査読

    宮崎直幸, 長尾遼, 加藤公児, 沈 建仁, 秋田総理

    光合成研究   28   112 - 118   2018年

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    記述言語:日本語  

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  • The crystal structure of Deg9 reveals a novel octameric-type HtrA protease. 国際誌

    Min Ouyang, Xiaoyi Li, Shun Zhao, Hua Pu, Jianren Shen, Zach Adam, Tim Clausen, Lixin Zhang

    Nature plants   3 ( 12 )   973 - 982   2017年12月

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  • Molecular mechanism of photosynthetic water-splitting reaction

    262   400 - 406   2017年

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講演・口頭発表等

  • Mechanism of photosynthetic water-oxidation studied by pump-probe time-revolved crystallography with X-ray free electron lasers 招待

    沈 建仁

    Pacifichem 2021  2021年12月18日 

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    開催年月日: 2021年12月16日 - 2021年12月21日

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  • 光誘導水分解反応の機構とそのシミュレーションへの期待 招待

    沈 建仁

    第35回分子シミュレーション討論会  2021年12月1日 

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    開催年月日: 2021年11月29日 - 2021年12月1日

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  • Mechanism of natural photosynthetic water oxidation and its implications on artificial photosynthesis 招待

    沈 建仁

    11st Asian Photochemistry Conference (APC 2021)  2021年11月2日 

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    開催年月日: 2021年11月1日 - 2021年11月4日

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(基調)  

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  • Mechanism of photosynthetic water oxidation and implications in artificial photosynthesis 招待

    沈 建仁

    Chemical Science Symposium 2021: Biohybrid Approaches to Sustainable Energy Conversion. Royal Society of Chemistry  2021年9月14日 

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    開催年月日: 2021年9月13日 - 2021年9月15日

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  • 天然光合成における水分解・酸素発生反応機構 招待

    沈 建仁

    日本化学会第 101 春季年会シンポジウム「革新的触媒の創製:光や電場などを用いた触媒反応」  2021年3月21日 

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    開催年月日: 2021年3月19日 - 2021年3月22日

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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受賞

  • 小林賞

    2025年2月   公益財団法人 小林財団  

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  • 第64回(令和5年度)東レ科学技術賞

    2024年3月   東レ科学振興会   光合成における水分解反応及び光エネルギーの高効率利用機構

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  • 岡山大学 金光功労賞

    2022年11月   岡山大学  

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  • 高被引用論文著者

    2021年11月   Clarivate Analytics社  

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  • 学会賞

    2021年3月   日本植物生理学会   光合成における水分解反応機構の解明

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共同研究・競争的資金等の研究

  • 光合成における光誘導水分解反応機構及び光エネルギー利用機構の解明

    研究課題/領域番号:22H04916  2022年04月 - 2027年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  特別推進研究

    沈 建仁, 庄司 光男, 秋田 総理, 菅 倫寛, 山口 兆

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    配分額:627640000円 ( 直接経費:482800000円 、 間接経費:144840000円 )

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  • 光化学系II水分解能機構の解明

    研究課題/領域番号:22H00410  2022年04月 - 2025年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    沈 建仁

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    配分額:42900000円 ( 直接経費:33000000円 、 間接経費:9900000円 )

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  • 光合成分子機構の学理解明と時空間制御による革新的光ー物質変換系の創製(総括班)

    研究課題/領域番号:22H04905  2022年04月 - 2023年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  新学術領域研究(研究領域提案型)

    沈 建仁, 民秋 均

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    配分額:3900000円 ( 直接経費:3000000円 、 間接経費:900000円 )

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  • 光合成分子機構の学理解明と時空間制御による革新的光ー物質変換系の創製(総括班)

    研究課題/領域番号:17H06433  2017年06月 - 2022年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  新学術領域研究(研究領域提案型)

    沈 建仁, 民秋 均, 野澤 俊介, 橋本 秀樹, 工藤 昭彦, 野口 巧, 阿部 竜

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    配分額:198250000円 ( 直接経費:152500000円 、 間接経費:45750000円 )

    本研究領域は、天然光合成の機構解明と人工光合成系の開発を目指した異分野融合研究で、物理、化学、生物等の研究者が結集して行われたものである。本総括班は、その研究計画・方針の策定、毎年度に行われる領域会議や公開シンポジウムの組織・実行、総括班による領域内異分野融合研究のサポート、領域外研究者との交流(招へい、領域内研究者の領域外(国内外)への派遣)、若手研究者への研究サポート・育成、領域研究成果の普及やニュースレターの定期的発行、等の活動を行ってきた。その結果、本領域の研究を順調に推進させることができ、天然光合成と人工光合成、さらに両者を繋ぐ先端計測分野で多大な成果を輩出した。

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  • 高分解能・時間分解構造解析による水分解反応の機構解明

    研究課題/領域番号:17H06434  2017年06月 - 2022年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  新学術領域研究(研究領域提案型)

    沈 建仁, 神谷 信夫, 山口 兆

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    配分額:310960000円 ( 直接経費:239200000円 、 間接経費:71760000円 )

    X線自由電子レーザー(XFEL)を用いて、1閃光照射によりS2状態が作り出されるまでのMn4CaO5クラスター及びその周辺の構造変化を、ポンプ-プローブ法によりナノ秒からミリ秒までの時間帯で時間分割構造変化のデータを測定し、得られた構造をS3状態が作りだされるまでの時間変化と比較した。その結果、1閃光照射により誘導される、電子伝達や水素結合ネットワークでの構造変化を検出することができ、S3状態までの時間分割構造変化と異なる点を見出した。同様の手法を用いて3閃光照射によりS3→(S4)→S0の遷移に伴う構造変化も測定したが、明らかな変化は見られず、結晶中でS状態の遷移がS3まで限定されることが示唆された。また、pHを5-8の範囲で変化させた結晶のX線構造解析を完了させ、pHに依存したMn4CaO5クラスターの構造変化が非対称単位中の2個のモノマーで互いに異なることを見出した。
    理論計算の研究では、CaMn4XYZ(H2O)3 (X=O(5), Y=W2, Z=O(4))クラスターのS0状態で可能な中間体にDFT法とDLPNO-CCSD(T)法を適用し、DFT法では(3433)の原子価をもったS0bbb (X = Y = Z = OH-)の安定性が判明した。一方、CC 法では(3433)の原子価をもつ二重項S0bbbの構造と(3442)の原子価をもつS0acb (X = O2-, Y = H2O, Z = OH-) の構造の2構造がエネルギー的に近似縮退しうることが判明した。
    上記の研究と並行して、シアノバクテリア由来光化学系I(PSI)四量体やクロロフィルfを有するシアノバクテリアのPSI、珪藻由来PSI-光捕集アンテナFCPIの超分子複合体、緑色硫黄細菌由来反応中心複合体、等の構造を、クライオ電子顕微鏡法を用いて解明した。

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担当授業科目

  • 構造生物学特別演習 (2024年度) その他  - その他

  • 構造生物学特別演習 (2024年度) 通年  - その他

  • 構造生物学特論 (2024年度) 前期  - その他

  • 生体高分子構造学 (2024年度) 後期  - 火3~4

  • 生化学I (2024年度) 1・2学期  - 月3~4

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メディア報道

  • テクノロジストの時代 人工光合成 植物にヒント 岡山大学教授 沈 建仁氏 新聞・雑誌

    日経新聞  朝刊 12面  2021年5月

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    執筆者:本人以外 

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