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

基本信息

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

项目摘要

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。

众所周知，光合电子传输的电子传输路径有两种类型：线性和循环。在循环类型的情况下，从光系统I I返回到类囊体膜中的plastoquinone（PQ）的FD的降低能力，但其分子机制的细节仍然未知。我们专注于细胞色素B6F复合物，该复合物催化了囊体膜中PQ和电子转移蛋白质塑蛋白之间的氧化还原反应。菠菜的B6F复合物的纯化导致FNR以几乎1：1的比例结合。 B6F复合物结合FNR从FD接收了电子，并且强烈建议降低PQ的电子传输途径。因此，使用大肠杆菌表达系统大量制备了菠菜来源的FNR，并在B6F复合物上进行等温滴定热测量。结果，FNR结合受到表面活性剂（UDMS）的强烈影响，该表面活性剂（UDMS）负责溶解B6F复合物，这表明由于UDM的影响，FNR本身可能会部分修改。将来，为了对FNR和细胞色素B6F复合物进行结构分析，已经发现，建立了没有UDM的纯化方法，并且必须研究与FNR足够强的条件。为了阐明与电子传递和有效的电子传递机制相关的功能结构变化，我们对三重配合物的结构分析提出了挑战，该结构分析将嗜热蓝细菌PSI与电子受体FD和电子供体供体细胞色素C6（Cyt C6）相结合。进行样品制备，以注意每个电子转移蛋白的氧化还原态，并以1.97A分辨率成功地分析了PSI：FD：CYT C6的三重配合物的冷冻EM结构。可以通过水分子以及使用ITC测量特别与PSI和FD来可视化侧链和相互作用的结构变化，可以阐明复合形成是熵驱动的。

项目成果

期刊论文数量（22）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

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
影响因子：
0
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
影响因子：
0
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

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
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

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

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Hatsuki Tanabe;Shinichiro Ozawa,Akihiro Kawamoto;Hideaki Tanaka;Yuichiro Takahashi Genji Kurisu
通讯作者：
Yuichiro Takahashi Genji Kurisu

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

植物生物学系/明斯特大学（德国）