光合成光化学系II電子伝達における非ヘム鉄の役割

非血红素铁在光合光系统II电子传递中的作用

• 批准号: 03640520
• 负责人: 赤堀 興造
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1991
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1991 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03640520/
• 关键词: 非ヘム鉄; 光合成; 光化学系II; 電子伝達; 光合成第1電子安定受容体

(目的)結晶構造解析されている紅色光合成細菌の光化学反応中心の構造に基づき、PSIIのQ_A,B_Bおよび非ヘム鉄(Fe^<2+>)の総合部位が推定されている。この非ヘム鉄に関して、光合成細菌とPSIIではそれらの配位状態や化学的性質に大きな相違点がみられるが、これら非ヘム鉄のQ_A→Q_B電子伝達に対する役割については不明のままである。本研究では、PSIIの非ヘム鉄(Fe^<2+>)を除去した試料及びFe^<2+>を他の金属イオン(Zn^<2+>)で置換した試料の調製し、Q_Aー(Fe^<2+>)ーQ_B電子伝達と非ヘム鉄の配位状態及び酸化状態を調べ、このFe^<2+>の役割を見い出すことを目的とした。(実験)光化学反応中心複合体(RC)を作り、さらに、Tris処理を行い、水分解系を失活させることによりQ_Aー(FE^<2+>)ーQ_B電子伝達過程の測定系を簡単化し、これを基準試料(TrisRC)とした。TrisRCよりFe^<2+>を除去した試料(ーFe^<2+>ーTrisRC)及びFe^<2+>を他の金属イオンで置換した試料(Zn^<2+>ーTrisRC)を調製した。この3種の試料について、電子伝達に影響を及ぼす因子(pH,HCO_3^ー,HCOO^ーなど)を変化させ、Q_Aの生成消滅過程をレ-ザ-フラッシュフォトリシス分光法により、非ヘム鉄(Fe^<3+>)への配位状態を低温(5K)EPR法により観測した。(結果)レ-ザ-フラッシュフォトリシス測定結果、HCO_3^ー存在下で、TrisRCはQ_A消滅の速い緩和過程が大きく出現する。HCO_3^ーを完全に除く目的で、HCOO^ーを作用させたものでは、この速い緩和過程の著しい減少が生ずる。Zn^<2+>ーTrisRC,ーRe^<2+>ーTrisRCではこのような大きな差異はほとんど見られなかった。 従来、HCO_3ーがPSIIのQ_A→Q_B電子伝達に必須と言われていたが、RCの非ヘム鉄へHCO_3ーを配位させた場合、HCOO^ーの配位の場合に比べて、その電子伝達速度は約10倍大きくすることが明かとなった。以上、PSIIの非ヘム鉄にHCO_3ーが配位することによりQ_A→Q_B電子伝達を制御している可能性が考えられるが、今後一層の研究が必要である。

(Objective) Crystal structure analysis of photochemical reaction center of red photosynthetic bacteria was carried out. The structure of base, PSII, Q_A,B_B and Fe (Fe^<2+>) were deduced. The coordination state and chemical properties of these non-iron-related, photosynthetic bacteria and PSII are different. The Q_A→Q_B electron transfer of these non-iron-related, photosynthetic bacteria and PSII are different. In this study, the removal of non-ferrous iron (Fe^<2+>) from PSII and the substitution of Fe^<2+> with other metals (Zn^<2+>) were investigated. The coordination state and acidification state of non-ferrous iron (Fe^<2+>) were modulated by Q_A (Fe^<2+>) and Q_B electrons, and the separation of Fe^<2+> was observed. The determination system of photochemical reaction center complex (RC) is simplified and the reference sample (TrisRC) is simplified. Fe^<2+> is removed from the sample (Fe^<2 +> TrisRC) and Fe^<2+> is replaced by another metal (Zn^<2+> TrisRC). These three kinds of samples were tested by electron transfer, electron transfer and electron transfer factors (pH, HCO_3,HCOO). The formation and elimination process of Q_A were measured by EPR at low temperature (5K). (Results) The results of TrisRC and QA extermination showed that the rapid mitigation process of TrisRC and QA extermination appeared in the presence of HCO3. HCO_3^- Zn^<2+> TrisRC, Re^<2+> TrisRC The Q_A→Q_B electron transfer velocity of PSII and HCO_3 is about 10 times faster than that of RC and HCO_3 in the case of coordination. As mentioned above, the possibility of controlling the electron transfer from Q_A to Q_B in PSII is examined, and further research is necessary.

项目成果

Shigeki Kuroiwa: "The Role of Nonーheme Iron in Photosystem II" Biochimica et Biophysica Acta. (1992)

Shigeki Kuroiwa：“非血红素铁在光系统 II 中的作用”Biochimica et Biophysicala Acta (1992)。