極限環境下に生きる光合成微生物の生存戦略の解明―その分光学と構造生物学的研究

阐明极端环境下光合微生物的生存策略——光谱与结构生物学研究

• 批准号: 20H02856
• 负责人: 大友 征宇
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: Ibaraki University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02856/
• 关键词: 光合成; 光捕集; 光電変換

光合成細菌の最もコアな部分である光捕集反応中心超分子複合体(LH1-RC)は、特異な分光学的性質とユニークな立体構造をもつ。本研究では、様々な極限環境下に生きる光合成細菌（好熱、好冷、好塩、好アルカリ、好酸など）を用いて、(i)光捕獲と光電変換を司るLH1-RC複合体の特異な分光学的挙動の特定、(ii)過酷な生育条件にも耐えうる光合成膜とLH1-RCの構造安定性の評価、(iii)これらの分光学的特性と構造安定性をもたらす構造的要因の原子レベルでの解明を目的とする。本研究で得られる知見から、より実用性の高い高効率の集光アンテナと光電変換素子の作成ならびに人工光合成システムの構築に対して根拠となる設計指針を与える。本年度はこれまで最も良く研究され、光合成細菌のモデルとして用いられてきたRhodobacter (Rba.) sphaeroides由来の光捕集反応中心複合体LH1-RC二量体構造を決定し、詳細なキノン輸送経路を原子レベルで調べることを可能にした。二量体構造は単純に単量体が2個結合した形状ではなく、非対称な形をとり、構成する2つのLH1-RC単量体のキノンの出入口は、互いに位置やサイズが異なり、エネルギー変換の調節機能をもっている可能性が示唆された。さらに、LH1-RC単量体複合体から2021年に発見したprotein-Uは、欠損株のタンパク質精製実験から二量体の安定化効果があることがわかっていたが、今回新たな欠損株の立体構造を決定し、protein-Uが単量体の安定化にも役立っていることが明らかとなった。この成果は国際学術誌（Nature Communications 13, 1904; 2022）に掲載された。

Photosynthetic bacteria are most sensitive to light trapping and reflection center supramolecular complex (LH1-RC), and their specific optical properties and stereo structure are also discussed. In this study, photosynthetic bacteria were produced in extreme environments (Hot, Cold, Hot, Acid),(i) Specific spectroscopic behavior of LH1-RC complexes for light capture and photoelectric conversion,(ii) Evaluation of structural stability of LH1-RC photosynthetic films under cool growth conditions,(iii) Atomic properties of structural stability, and (iv) Key factors for structural stability. This research has obtained the design guideline of artificial photosynthesis system and structure of photoelectric conversion element with high efficiency and practicality. This year's research on photosynthetic bacteria is the best in the world. Photosynthetic bacteria are used in the research of Rhodobacter (Rba.) The structure of LH1-RC binary complex from which sphaeroides originated is determined, and the detailed transport path is determined. The structure of the two-dimensional body is composed of two pure and single bodies. The shape is opposite and asymmetrical. The entrance and exit of the two-dimensional body are opposite. The position is opposite. The adjustment function of the two-dimensional body is different. The LH1-RC monomer complex was discovered in 2021, and the stability of the two monomers was determined by the three-dimensional structure of the defective strain. This work was published in Nature Communications 13, 1904; 2022.

项目成果

Direct injection of pigment-protein complexes and membrane fragments suspended in water from phototrophs to C18 HPLC

将来自光养生物的色素-蛋白质复合物和悬浮在水中的膜片段直接注射到 C18 HPLC

• DOI: 10.1007/s11120-020-00735-w
• 发表时间: 2020
• 期刊: Photosynthesis Research
• 影响因子: 3.7
• 作者: Takaichi Shinichi;Okoshi Akira;Otomo Seiu;Misumi Masahiro;Sonoike Kintake;Harada Jiro
• 通讯作者: Harada Jiro

Lycopene-Family Carotenoids Confer Thermostability on Photocomplexes from a New Thermophilic Purple Bacterium

番茄红素家族类胡萝卜素赋予新型嗜热紫色细菌的光复合物热稳定性

• DOI: 10.1021/acs.biochem.0c00192
• 发表时间: 2020
• 期刊: Biochemistry
• 影响因子: 2.9
• 作者: Seto Ryuta;Takaichi Shinichi;Kurihara Toshiyuki;Kishi Rikako;Honda Mai;Takenaka Shinji;Tsukatani Yusuke;Madigan Michael T.;Wang-Otomo Zheng-Yu;Kimura Yukihiro
• 通讯作者: Kimura Yukihiro

Salt- and pH-Dependent Thermal Stability of Photocomplexes from Extremophilic Bacteriochlorophyll b-Containing Halorhodospira Species.

• DOI: 10.3390/microorganisms10050959
• 发表时间: 2022-05-02
• 期刊: Microorganisms
• 影响因子: 4.5

光合成細菌

光合细菌

• 发表时间: 2020
• 作者: 浅井智広;井上和仁;大友征宇;嶋田敬三;高市真一;塚谷祐介;永島賢治;原田二朗;平石明
• 通讯作者: 平石明

Major Carotenoids of Meiothermus ruber Are Deinoxanthin Glucoside Esters, Not Meiothermoxanthin Glucoside Esters

• DOI: 10.1021/acs.jnatprod.2c00271
• 发表时间: 2022-09-21
• 期刊: JOURNAL OF NATURAL PRODUCTS
• 影响因子: 5.1
• 作者: Asaka, Ryo;Ohshima, Kazuki;Takaichi, Shinichi
• 通讯作者: Takaichi, Shinichi