X線結晶構造解析法による光化学系II複合体・酸素発生中心の酸化状態の解明

光化学系II複合体(PSII)の水分解・酸素発生機構を解明するためには、PSIIの酸素発生中心:Mn_4CaO_5クラスターの反応中間体(KokサイクルのSi状態、i=0-4)に関する構造情報が必要不可欠となる。本研究では、SO状態を実現している可能性のあるPSIIの(1)ヨウ素または臭素置換体、(2)4種類の除草剤複合体、(3)PsbMサブユニット欠失変異体の、合計7種類のPSII試料に対してX線結晶構造解析を行うとともに、酸素電極を用いた酸素発生活性の測定、熱蛍光発光の測定を行うことにより、酸素発生の構造・機能の相関に関する研究を進める。また(4)Mn原子のX線還元を1%以下に低減してインタクトなS1状態とSO状態を実現し、X線異常分散効果を利用してMn_4CaO_5クラスターの酸化状態を明らかにする。本年度は、まず(1)から(3)についてそれぞれの結晶構造解析を進め、(1)ではヨウ素の還元力によりMn_4CaO_5クラスターがよりSO状態に近づいている可能性が浮上した。また(2)では阻害剤が還元力のあるプラストキノンと入れ替わり、(3)ではPsbMの欠失がプラストキノンとの結合性を低下させていることにより、PSIIが相対的に酸化側にシフトしてよりS1状態の特性が顕著になっている可能性が浮上した。現在それぞれの構造解析を完了させ、この可能性を確証しようとしている。(4)についてはまず、同型性の高い結晶を多数調製するための結晶化条件の検討を進めている。

光化学系II複合体(PSII)の水分解・酸素発生機構を解明するためには、PSIIの酸素発生中心:Mn_4CaO_5クラスターの反応中間体(KokサイクルのSi状態、i=0-4)に関する構造情報が必要不可欠となる。本研究では、SO状態を実現している可能性のあるPSIIの(1)ヨウ素または臭素置換体、(2)4種類の除草剤複合体、(3)PsbMサブユニット欠失変異体の、合計7種類のPSII試料に対してX線結晶構造解析を行うとともに、酸素電極を用いた酸素発生活性の測定、熱蛍光発光の測定を行うことにより、酸素発生の構造・機能の相関に関する研究を進める。また(4)Mn原子のX線還元を1%以下に低減してインタクトなS1状態とSO状態を実現し、X線異常分散効果を利用してMn_4CaO_5クラスターの酸化状態を明らかにする。本年度は、まず(1)から(3)についてそれぞれの結晶構造解析を進め、(1)ではヨウ素の還元力によりMn_4CaO_5クラスターがよりSO状態に近づいている可能性が浮上した。また(2)では阻害剤が還元力のあるプラストキノンと入れ替わり、(3)ではPsbMの欠失がプラストキノンとの結合性を低下させていることにより、PSIIが相対的に酸化側にシフトしてよりS1状態の特性が顕著になっている可能性が浮上した。現在それぞれの構造解析を完了させ、この可能性を確証しようとしている。(4)についてはまず、同型性の高い結晶を多数調製するための結晶化条件の検討を進めている。