タンパク内長距離電子移動のメカニズム-エネルギーギャップ則とミクロ反応環境-

蛋白质内长距离电子转移机制-能隙定律与微反应环境-

• 批准号: 07228266
• 负责人: 伊藤 繁
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Okazaki National Research Institutes
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-07228266/
• 关键词: 光合成; 電子移動; 反応中心; クロロフィル; キノン; 光化学系工

生体の電気化学反応では、タンパク質が(a)反応分子の距離・配向を設定し、(b)構造/誘電的に不均一な反応環境を与える溶媒としてユニークな機能を発揮する。われわれは光合成植物光化学系1反応中心タンパク質内の電子移動反応の最適化機構を探り、高いエネルギー効率をもつ反応分子-溶媒系の以下の設計指針を得た。1)最高速度を上げる方法-電子カップリング(Hrp)を大きく、距離(r)を短くする-P700^+A^-→P700^+Q^-反応は紅色細菌でのP^+BPH^-→P^+QA^-反応にくらべ、Hrpが3.7倍大きく、最高速度が一桁高い(logk=10.8in系1vs.9.3in紅色)。これは、タンパク質の減衰定数が一定(β=1.4Å^<-1>)と仮定すると、反応分子間距離(r)が系1のA-Qは短く(7.8Å)、紅色細菌のB_<PH>-QAは長い(10Å)ためと推定される。2)反応速度を最適化する方法-ΔGとλをマッチさせる-光化学系1も紅色細菌も、反応の自由エネルギー差(ΔG)と再配置エネルギー(λtotal=λout+λin)がほぼ一致するように反応系全体が調節され、反応速度が最大になることがわかった。(系1ではΔG=-0.3eV、紅色細菌では-0.6eV)3)エネルギー変換効率を高める方法-タンパク質の再配置エネルギーを小さくする-系1ではエネルギーロス(ΔG)が小さいが、高効率で超高速の反応が進む。これはA-Q周辺のタンパク質の静電気的誘電率を小さくし(εs=2.4)、再配置エネルギーがΔGに近づくようにλoutも小さく設定されているためと考えられた。

の electric 気 chemical raw body against 応 で は, タ ン パ ク qualitative が (a) the molecular の 応 distance, match to set を し, (b) structure/the に heterogeneity of the induced electric な anti 応 environment を and え る solvent と し て ユ ニ ー ク な function を 発 swing す る. わ れ わ れ は synthesis plant light chemistry anti 応 center タ ン パ ク qualitative の electronic mobile within the 応 の optimization institutions を agent り, high い エ ネ ル ギ ー sharper rate を も つ anti 応 molecular solvent is の following の design pointer を た. 1) top speed on を げ る method - electronic カ ッ プ リ ン グ (Hrp) を き く, distance (r) を short く す る - P700 + A ^ - ^ - P700 + Q ^ - ^ the 応 は red bacteria で の P + BPH ^ - ^ - ^ P + QA ^ - anti 応 に く ら べ, Hrp が 3.7 times as big as き く, high top speed が A girder い (logk = 10.8in is 1vs.9.3in red. こ れ は, タ ン パ ク qualitative の damping constant が certain (beta = 1.4 A ^ < - > 1) と 仮 set す る と, anti 応 intermolecular distance (r) が の A - 1 Q は short く (7.8 A), red bacteria の B_ < PH > - QA は い (10 A) た め と presumption さ れ る. Optimal speed 2) against 応 を す る と lambda method - Δ G を マ ッ チ さ せ る - light chemistry, 1 red bacteria も も 応 の free エ ネ ル ギ ー difference (Δ G) と relocation エ ネ ル ギ ー (lambda total = lambda out + lambda) in が ほ ぼ consistent す る よ う に against all が 応 department adjust さ れ 応 が maximum speed and anti に な る こ と が わ か っ た. (series 1 で は Δ G = 0.3 eV, red bacteria で は - 0.6 eV) 3) エ ネ ル ギ ー variations in high rate of unseen を め る method - タ ン パ ク qualitative の relocation エ ネ ル ギ ー を small さ く す る - series 1 で は エ ネ ル ギ ー ロ ス (Δ G) が small さ い が, high rate of unseen で super-fast の 応 が into む. こ れ は A - Q weeks 辺 の タ ン パ ク qualitative の electrostatic 気 induced electricity rate を small さ く し (epsilon s = 2.4), and configuration エ ネ ル ギ ー が Δ G に nearly づ く よ う に lambda out small も さ く set さ れ て い る た め と exam え ら れ た.

项目成果

Nozawa,T.: "Magnetic circular dichroism investigation of chlorophylls in reaction centers of photosystems I and II of green plant photosynthesis" Spectrochimica Acta. 51A. 125-134 (1995)

Nozawa,T.：“绿色植物光合作用光系统 I 和 II 反应中心叶绿素的磁圆二色性研究”Spectrochimica Acta。

Ikegami,I: "Photoactive photosystem I particles with a molar ratio of Chlorophyll a to P700 of 9." Plant.Cell pnysiol.36. 857-864 (1995)

Ikegami,I：“光活性光系统 I 颗粒，叶绿素 a 与 P700 的摩尔比为 9。”

Ohoka,H.: "Two cytochrome c heme function as the elecrtron donor to P840 in the reaction center complex of a Green sulfur bacterium,Chlorobium tepidum." FEBS Lett.365. 30-34 (1995)

Ohoka, H.：“两种细胞色素化学物质在绿硫细菌（温热绿菌）的反应中心复合体中充当 P840 的电子供体。”

Sato-Watanabe,M.: "Stabilization of a semiquinone radical at the high affinity quinone binding site of the Escherichia coli bo-type ubiquinone oxidase." FEBS Lett.374. 265-269 (1995)

Sato-Watanabe,M.：“在大肠杆菌 bo 型泛醌氧化酶的高亲和力醌结合位点上稳定半醌自由基。”

Sonoike,K.: "Site of destruction of photosystem I iron-sulfur centers in leaves of Cucumis sativus L.by weak illumination at chilling temperatures is A_1,the phylloquinone acceptor." FEBS Lett.362. 235-238 (1995)

Sonoike,K.：“黄瓜叶子中的光系统 I 铁硫中心在寒冷温度下因弱光照而被破坏的部位是 A_1，即叶绿醌受体。”