亜鉛バワテリオクロロフィルを持つ光合成細菌のポルフィリン環への亜鉛配位機構の解析

叶绿素锌与光合细菌卟啉环的锌配位机制分析

• 批准号: 10740367
• 负责人: 増田 建
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 1999
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-10740367/
• 关键词: 光合成; クロロフィル; 酸性環境; マグネシウム; 亜鉛; 金属配位酵素; 好酸性細菌; Acidiphilium; バクテリオクロロフィル; Mg-キラターゼ; Acidiphilium rubrum; 液体クロマトグラフィー

最近,Znを含むバクテリオクロロフィル(Zn-Bchl)を主要な光合成色素として産生する好気好酸性光合成細菌Acidiphilium rubrumが発見された。A.rubrumは培養液の酸性度に応じてZn-Bchlの割合を増加させることから、光合成の酸性環境への適応のために、酸に安定なZn-Bchlを産生していることを見出した。またA.rubrumにおけるZn-Bchlの生合成系について、A.rubrumよりポルフィリン環へのMg^<2+>の配位を触媒するMg-キラターゼの相同遺伝子(bchl,H,D)を単離し、その金属特異性について解析を行った。その結果,A.rubrumのゲノム上にも,Rhodobacterと似た構造の光合成遺伝子クラスターが存在し,このクラスター上に1セットのI,D,Hサブユニットに相同な遺伝子が存在することを明らかにした。これらの遺伝子はRba.capsulatusのbchI,bchD,bchHの各挿入変異株を全て相補することが出来,さらに得られた相補株ではBchl aのみを蓄積していた。また,A.rubrum細胞中に蓄積しているポルフィリン中間体を調べたところ,Mg-プロトポルフィリンIX(Proto)モノメチルエステル(ME)の蓄積は認められたが,Zn-ProtoおよびZn-Proto MEは全く検出出来なかった。以上のことから,A.rubrumではMg-ケラターゼがProtoにMgを配位後,Znに置換することでZn-Bchlを合成していることを明らかにした。さらに、A.rubrum細胞中にはMg-Proto MEからMgが脱離したと考えられるProto MEが多量に蓄積していた。従って,A.rubrumではMg-Proto MEからMgが脱離後,これにZnが配位することで,Zn-Bchlが合成されることが推察される。

最近，已经发现了一种产生含锌的细菌氯粘菌（Zn-BCHL）作为主要光合染料的有氧酸磷酸细菌酸性rubrum。由于A. rubrum根据培养基的酸度增加了Zn-BCHL的比例，因此发现它会产生酸稳定的Zn-BCHL，以适应光合作用的酸性环境。此外，对于Zn-BCHL的生物合成系统，Mg-奇利酸酶的同源基因（Bchl，h，d）的同源基因（BCHL，H，D）与甲状腺曲霉分离为卟啉环的Mg^<2+>催化Mg^<2+>的配位，并分析了其金属特异性。结果表明，还有一个光合基因簇，其结构与A. rubrum的基因组上的结构相似，并且在该簇上有与一组I，D和H亚基同源的基因。这些基因能够补充rba.capsulatus的BCHI，BCHD和BCHH的所有插入突变体，并且在获得的互补菌株中，仅积累了BCHL A。此外，当检查了斑岩蛋白中间体积聚在曲曲霉细胞中时，观察到MG-丙肾IX（原始）单甲基酯（ME）的积累，但未检测到Zn-Proto或Zn-Proto ME。从上面可以揭示出在A. rubrum中，Mg-keratase在Mg-keratase中通过将MG配置为原始并用Zn代替Zn-BCHL。此外，被认为是从MG-Proto ME解吸的大量原始ME被积累在A. rubrum细胞中。因此，据估计，在去除mg-proto me后，锌-BCHL在A. rubrum中合成，并与此合成，从而导致Zn合成。

项目成果

増田 建 等: "光合成生物におけるクロロフィル・ヘム合成系の金属配位酵素"蛋白質 ・ 核酸 ・ 酵素. 45・4. (2000)

Ken Masuda 等：“光合生物中叶绿素-血红素合成系统的金属配位酶”蛋白质、核酸和酶（2000 年）。

Suzuki T.et al.: "Overexpression,enzymatic properties and tissue localization of a ferrochelatase of cucumber"Plant and Cell Physiology. 41・2. (2000)

Suzuki T.等：“黄瓜亚铁螯合酶的过度表达、酶特性和组织定位”植物和细胞生理学41・2。

Masuda T.et al.: "Magnesium insertion by magnesium chelatase in the biosynthesis of zinc bacteriochlorophyl a in an aerobic acidophilic bacterium Acidiphilium rubrum"The Journal of Biological Chemistry. 274・47. 33594-33600 (1999)

Masuda T.等人：“需氧嗜酸性细菌Acidiphilium rubrum中锌细菌叶绿素a的生物合成中镁螯合酶的插入”《生物化学杂志》274·47（1999）。

Masuda T.et al.: "Photosynthesis : Mechanisms and Effects"Kluwer Academic Publishers. 4 (1998)

Masuda T.等人：“光合作用：机制和效果”Kluwer 学术出版社。