FTIRによる光合成酸素発生マンガンクラスターの構造の解明

使用 FTIR 阐明光合放氧锰簇的结构

• 批准号: 11780484
• 负责人: 野口 巧
• 金额: $ 0.51万
• 依托单位: The Institute of Physical and Chemical Research
• 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: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11780484/
• 关键词: 光合成; 酸素発生; マンガンクラスター; 赤外分光法; FTIR; 赤外吸収; ヒスチジン; 振動分光

閃光誘起フーリエ変換赤外(FTIR)法を用いて、植物の酸素発生反応を担う酸素発生系(光化学系II蛋白質複合体の一部として存在)の構造と反応を調べた。まず、基質である水分子のFTIRバンドを検出し、その構造の知見を得た。暗順応した酸素発生系のS_1状態から、250Kでの一閃光照射によって得られるS_2中間状態への遷移の際のFTIR差スペクトルを測定すると、3618/3585cm^<-1>に微分形のバンドが観測された。H_2^<18>O置換した試料で測定することにより、これは酸素発生系中の水分子のO-H伸縮振動であると同定された。さらに、D_2Oによるデカップリング実験から、観測された水分子は非対称的な水素結合状態を形成しており、S_1からS_2状態への遷移により、その非対称性が増すことが明らかとなった。また、常温において1s間隔で連続的に閃光照射を行い、その間のスペクトルを順次測定することにより、酸素発生系の反応サイクルにおけるすべての閃光誘起遷移(S_1→S_2,S_2→S_3,S_3→S_0,S_0→S_1)のFTIR差スペクトルを測定することができた。得られたスペクトルから、S_1→S_2→S_3遷移におけるタンパク質の構造変化(カルボキシル側鎖やタンパク質二次構造の変化など)が、S_3→S_0→S_1遷移において反転する様子が観測された。

The structure and structure of acid production system (part of photochemical system II protein complex) were modulated by FTIR method. The FTIR spectra of water molecules in the matrix and the structure of the matrix were detected. The FTIR spectra of transition between S_1 and S_2 intermediate states in dark transition system under flash irradiation at 250K were measured at 3618/3585 cm<-1>. The <18>O-H stretching vibration of water molecules in the H_2^ O substitution system was determined. In addition, D_2O molecules form asymmetric water binding states, and S_1 and S_2 transition states. The infrared spectra of the reaction system induced by flash (S_1→ S_2, S_2 → S_3, S_3 → S_0, S_0 →S_1) were measured sequentially at room temperature and at intervals of 1s. In this paper, the structural transformation of S_1→S_2→S_3 transition is studied.

项目成果

S.R.Piersma,M.Nojiri,M.Tsujimura,T.Noguchi,M.Odaka,M.Yohda,Y.Inoue,I.Endo: "Arginine 56 mutation in β subunit of nitrile hydratase : importance of hydrogen bonding to the non-heme iron center"J.Inorg.Biochem.. 80. 283-288 (2000)

S.R.Piersma、M.Nojiri、M.Tsujimura、T.Noguchi、M.Odaka、M.Yohda、Y.Inoue、I.Endo：“腈水合酶 β 亚基中的精氨酸 56 突变：氢键对非-的重要性血红素铁中心”J.Inorg.Biochem..80.283-288(2000)

T.Noguchi and M.Sugiura: "Flash-induced FTIR detection of the structural changes during the S-state cycle of the oxygen-evolving complex in photosystem II"Biochemistry. 40. 1497-1502 (2001)

T.Noguchi 和 M.Sugiura：“闪光诱导 FTIR 检测光系统 II 中释氧复合物 S 态循环期间的结构变化”生物化学。

T.Noguchi,Y.Inoue and X.-S.Tang: "Structure of a histidine ligand in the photosynthetic oxygen-evolving complex as studied by light-induced Fourier transform infrared difference spectroscopy"Biochemistry. 38. 10187-10195 (1999)

T.Noguchi、Y.Inoue 和 X.-S.Tang：“光合放氧复合物中组氨酸配体的结构，通过光诱导傅里叶变换红外差分光谱研究”生物化学。

K.Onoda,H.Mino,Y.Inoue and T.Noguchi: "An FTIR study on the structure of the oxygen-evolving Mn-cluster of photosystem II in different spin forms of the S_2 state"Photosynthesis Research. (in press). (2000)

K.Onoda、H.Mino、Y.Inoue 和 T.Noguchi：“对 S_2 态不同自旋形式的光系统 II 的析氧 Mn 簇结构的 FTIR 研究”光合作用研究。

K.Hasegawa,T.Ono and T.Noguchi: "Vibrational spectra and ab initio DFT calculations of 4-methylimidazole and its different protonation forms : Infrared and Raman markers of the protonation state of a histidine side chain"J.Phys.Chem.B. 104. 4253-4265 (200

K.Hasekawa、T.Ono 和 T.Noguchi：“4-甲基咪唑及其不同质子化形式的振动光谱和从头算 DFT 计算：组氨酸侧链质子化状态的红外和拉曼标记”J.Phys.Chem。