One-step purification and functional analysis of the chloroplast ATP synthase complex

叶绿体 ATP 合酶复合物的一步纯化及功能分析

• 批准号: 20J22917
• 负责人: 秋山 健太郎
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J22917/
• 关键词: ATP合成酵素; レドックス制御; クラミドモナス

ATP合成酵素は、ミトコンドリア内膜や葉緑体チラコイド膜上に存在し、電子伝達系によって形成された膜内外のプロトン電気化学ポテンシャル差を駆動力として軸を回転させながら、生体内のエネルギー代謝に普遍的に用いられるATPを合成している。葉緑体ATP合成酵素は、光合成条件によって変動する細胞内酸化還元状態に応じて活性が制御される「レドックス制御」を受けていることが特徴的である。葉緑体ATP合成酵素のレドックス制御は光合成条件に適応した効率の良いATP生産に関与するものと考えられている。本研究課題では、単細胞緑藻クラミドモナス由来の葉緑体ATP合成酵素を完全複合体として精製し、最終的に、そのレドックス制御機構を解明することを目的としている。本年度は、昨年度に作出・精製したレドックス制御に関与する領域に変異を導入した葉緑体ATP合成酵素のATP合成／加水分解活性を指標として生化学的解析を行った。その結果、下記のレドックス制御に関わる4つのことが生化学的に明らかになった。① 既知のレドックス制御感受性Cys残基ペア以外にも酸化還元状態がATP合成活性に影響するアミノ酸残基が存在しうる② 先行研究からレドックス制御に重要な役割を果たすと予想されていたDDEモチーフの電荷はレドックス制御に必須ではない③ 光合成生物に特有の配列を構成するβ-hairpinドメインがATP合成および加水分解活性を阻害する機能をもつ④ Redox loopドメインは、単独では酵素活性のレドックス制御ができないが、還元状態になった時にβ-hairpinドメインによる活性阻害をATP合成方向のみに解除する以上を総括し、葉緑体ATP合成酵素のレドックス制御は光合成生物に特有のβ-hairpinドメインとRedox loopドメインが酸化還元状態に応じて協調的に作用することで成立すると結論付けた。

ATP synthase exists in the inner membrane and chloroplast, and is commonly used in the synthesis of ATP in the formation of electron transfer systems. Chloroplast ATP synthase is characterized by its ability to regulate the intracellular acidification state due to changes in photosynthetic conditions. Chloroplast ATP synthase regulation is related to optimal ATP production under appropriate photosynthetic conditions. This study aims to clarify the mechanism of chloroplast ATP synthase complex purification and final regulation in unicellular green algae. This year, we made a series of improvements in the field of chloroplast ATP synthase and ATP synthesis/hydrolysis activity, and conducted biochemical analysis. The results of this study are summarized below. (1) the existence of acid residues other than the known receptivity Cys residues, which affect ATP synthesis activity,(2) the preliminary study of the important role of the receptivity Cys residues, and (3) the formation of a unique sequence of photosynthetics. Redox loop is a functional barrier to ATP synthesis and hydrolysis activity. Redox loop is a functional barrier to ATP synthesis. Chloroplast ATP synthase control is a unique β-hairpin and Redox loop in photosynthetic organisms.

项目成果

葉緑体ATP合成酵素のレドックス制御機構：γサブユニットのβ hairpin構造とRedox loop構造の協調と活性調節

叶绿体ATP合酶氧化还原控制机制：γ亚基β发夹结构与氧化还原环结构的协调与活性调控

• 发表时间: 2022
• 作者: 秋山健太郎;若林憲一;久堀徹
• 通讯作者: 久堀徹

生体内で迅速に起こる葉緑体ATP合成酵素のレドックス応答に関係する変異株の生化学的解析 ～これまでのレドックス応答への理解は本当に正しいのか？～

与体内快速发生的叶绿体ATP合酶氧化还原反应相关的突变菌株的生化分析 - 目前对氧化还原反应的理解真的正确吗？

• 发表时间: 2021
• 作者: 秋山健太郎;若林憲一;久堀徹
• 通讯作者: 久堀徹

葉緑体ATP合成酵素研究：クラミドモナスでできること

叶绿体 ATP 合酶研究：衣藻可以做什么

• 发表时间: 2022
• 作者: 秋山 健太郎;小澤 真一郎;高橋 裕一郎;若林 憲一;久堀 徹
• 通讯作者: 久堀 徹

単細胞緑藻由来の葉緑体ATP合成酵素完全複合体のワンステップ単離と制御機構の解析

单细胞绿藻叶绿体ATP合酶完整复合物的一步分离及调控机制分析

• 发表时间: 2020
• 作者: 秋山健太郎;若林憲一;久堀徹
• 通讯作者: 久堀徹