Structural analysis of the complex between Fd and Fd-dependent proteins considering their redox states strictly

严格考虑氧化还原态的 Fd 和 Fd 依赖性蛋白复合物的结构分析

• 批准号: 21H02417
• 负责人: 栗栖 源嗣
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H02417/
• 关键词: 構造生物学; 光合成; 電子伝達; 金属蛋白質; レドックス代謝; 生物物理学; 電子伝達複合体; 金属タンパク質

光合成電子伝達は直鎖型と循環型の2種類の電子伝達経路が存在することが知られている。循環型の場合に光化学系Iから伝わったFdの還元力がチラコイド膜中のプラストキノン（PQ）に戻ってくるが、未だにその分子機構の詳細はわかっていない。我々は、チラコイド膜中のPQと電子伝達蛋白質プラストシアニン間の酸化還元反応を触媒するシトクロムb6f複合体に着目した。ホウレン草からb6f複合体を精製すると、ほぼ1対1の割合でFNRが結合してくる。b6f複合体に結合したFNRがFdからの電子を受け取り、PQを還元する電子伝達経路が強く示唆される状況にあった。そこで、ホウレン草由来FNRを大腸菌発現系をもちいて大量に調製し、b6f複合体に対して等温滴定熱測定を実施した。その結果、FNRの結合はb6f複合体の可溶化にもちいる界面活性剤（UDM）の影響を強く受けており、FNR自体がUDMの影響で一部変性している可能性が示唆された。今後、FNRとシトクロムb6f複合体の構造解析を行うためには、UDMを用いない精製法を確立し、FNRと十分に強く結合する条件を検討する必要があることがわかった。電子伝達に伴う機能的構造変化や、効率的な電子伝達機構を明らかにする目的で、好熱性シアノバクテリアPSIと電子受容体であるFdおよび電子供与体であるシトクロムc6（Cyt c6）を結合した三重複合体の構造解析に挑戦した。各電子伝達蛋白質の酸化還元状態に留意した試料調整を行い、PSI：Fd：Cyt c6の三重複合体のCryo-EM構造を1.97A分解能で構造解析することに成功した。側鎖の構造変化や，水分子を介した相互作用までも可視化することができ、特にPSIとFdとでITC測定を併用することで、複合体形成がエントロピー駆動型であることを明らかにすることができた。

There are two kinds of electron transmission paths in photosynthetic electron transmission: direct lock type and cyclic type. In the case of cyclic type, photochemical system I, Fd, and reductive force in the film (PQ) are described in detail in the molecular structure of the film. The PQ and electron transfer in the membrane and the B6F complex in the acidification reaction between the protein and the substrate are studied. The B6F complex is refined, and the FNR is combined. b6f complex binding FNR, Fd, Fd The development of Escherichia coli from FNR was investigated by isothermal titration of the B6F complex. The results show that the binding of FNR to b6f complex is strongly influenced by UDM, and the binding of FNR to UDM is partially influenced by UDM. In the future, structural analysis of FNR and B6F complexes should be carried out in order to establish the UDM purification method and to discuss the conditions for strong binding of FNR and B6F. The structure of electron transfer function is changed, the efficiency of electron transfer mechanism is improved, the thermal property is improved, the electron acceptor is improved, the electron donor is improved, and the structure of triplet complex is improved. The structural analysis of the Cryo-EM structure of the Fd: Cyt c6 triplet complex was successful. The structure of the lock is changed, and the interaction between water molecules is visualized.

项目成果

Energy transfer fluctuation observed by single-molecule spectroscopy of red-shifted bacteriochlorophyll in the homodimeric photosynthetic reaction center

同型二聚体光合反应中心红移细菌叶绿素的单分子光谱观察能量转移波动

• DOI: 10.1063/5.0077290
• 发表时间: 2022
• 期刊: The Journal of Chemical Physics
• 作者: Kondo Toru;Mutoh Risa;Arai Shun;Kurisu Genji;Oh-oka Hirozo;Fujiyoshi Satoru;Matsushita Michio
• 通讯作者: Matsushita Michio

Structural insights into blue-green light utilization by marine green algal light harvesting complex II at 2.78 ?

海洋绿藻光捕获复合物 II 在 2.78 时对蓝绿光利用的结构见解？

• DOI: 10.1016/j.bbadva.2022.100064
• 发表时间: 2022
• 期刊: BBA Advances
• 作者: Seki Soichiro;Nakaniwa Tetsuko;Castro-Hartmann Pablo;Sader Kasim;Kawamoto Akihiro;Tanaka Hideaki;Qian Pu;Kurisu Genji;Fujii Ritsuko
• 通讯作者: Fujii Ritsuko

フェレドキシン NADP+ 還元酵素の中性子結晶構造解析

铁氧还蛋白NADP+还原酶的中子晶体结构分析

• 发表时间: 2021
• 作者: 上中みどり;大西裕介;田中秀明;栗栖源嗣
• 通讯作者: 栗栖源嗣

Department of Plant Biology/University of Muenster(ドイツ)

植物生物学系/明斯特大学（德国）

Cryo-EM structure of cytochrome b6f complex from Chlamydomonas reinhardtii reveals the functional domain movement of Rieske ISP

莱茵衣藻细胞色素 b6f 复合物的冷冻电镜结构揭示了 Rieske ISP 的功能域移动

• 发表时间: 2022
• 作者: Hatsuki Tanabe;Shinichiro Ozawa,Akihiro Kawamoto;Hideaki Tanaka;Yuichiro Takahashi Genji Kurisu
• 通讯作者: Yuichiro Takahashi Genji Kurisu