クロロフィル合成の律速過程プロトクロロフィリド還元酵素の生理生化学的解析

原叶绿素内酯还原酶的生理生化分析，叶绿素合成的限速步骤

• 批准号: 13740456
• 负责人: 藤田 祐一
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Nagoya University (2002)Osaka University (2001)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13740456/
• 关键词: クロロフィル合成; 光非依存性プロトクロロフィリド還元酵素; 光依存性プロトクロロフィリド還元酵素; 光合成細菌; ラン藻; ニトロゲナーゼ; 光合成の進化; 酸素発生型光合成; クロロフィル生合成; プロトクロロフィリド還元酵素

クロロフィル(Chl)は、光合成の光反応に必須の色素である一方、光照射により細胞に重篤な傷害をもたらすラジカルを形成する危険な分子でもあるため、細胞はその合成を厳しく制御していると考えられる。その合成制御機構を明らかにする上で、Chl合成系の各過程の生化学的諸性質を明らかにする必要がある。藻類や裸子植物の暗所での緑化を決定づけている光非依存性プロトクロロフィリド(Pchlide)還元酵素(DPOR)は、その推定構造遺伝子の相同性から、ニトロゲナーゼと類似した酵素であると推定されてきたが、その酵素的実体は不明であった。筆者は、光合成細菌Rhodobacter capsulatusを材料とし、DPORのBchLコンポーネントとBchNBコンポーネントの大量発現系を構築した。両発現系の細胞粗抽出液を混合することにより安定なアッセイ系を確立し、DPORのPchlideに対するKm値を10.6μMと決定した。植物と同様の酸素発生型光合成を行うラン藻は、上記のDPORに加え光依存性Pchlide還元酵素(LPOR)を有する。これら二つの酵素系の環境の酸素濃度に対する機能分業を検討するために、二つの酵素系の片方を欠損した一対の変異株を、強光下で種々の酸素濃度の環境下で培養し、その生育とChl含量を測定した。その結果、DPOR欠損株は、いずれの酸素濃度下でも野生株と同様に生育した。これに対し、LPOR欠損株は、酸素濃度0%の嫌気状態では野生株の62%程度の生育速度で生育できたが、酸素濃度の上昇に伴い生育が低下し、酸素濃度5%以上では全く生育できなかった。このことは、ラン藻の進化の初期に、自身の発生する酸素による大気中の酸素分圧の上昇の結果、酸素感受性のDPOR単独ではChl合成が滞る局面が生じ、新たにLPORがDPORの機能を補填するために創出されたことを示唆している。

The pigment that is necessary for photosynthesis is one that is irradiated with light, and the molecule that is at risk is one that is inhibited by light. The mechanism of synthesis is necessary for understanding the biochemical properties of the various processes in the synthesis system Algae, naked plants, and dark plants determine the greening of plants. The identity of putative structural genes is unknown. The identity of putative structural genes is unknown. The author constructed a large number of production systems for photosynthetic bacteria Rhodobacter capsulatus and BchL and BchNB. The Km value of DPOR and Pchlide was 10.6μM. Plant isoforms are produced by photosynthesis, and the DPOR mentioned above is added to the photo-dependent Pchlide reductase (LPOR). The function of enzyme system in environment of acid concentration was studied. The enzyme system was damaged. The enzyme system was cultured in environment of acid concentration under strong light. The Chl content of fertility was determined. The results showed that DPOR deficient plants had the same fertility as wild plants under different acid concentrations. In contrast, LPOR deficient plants have a growth rate of 62% compared with wild plants in the presence of acid concentration of 0% and a growth rate of 62% compared with wild plants in the presence of acid concentration of 5% or more. This is due to the early stages of algae evolution, the increase in acid partial pressure in the atmosphere, the increase in acid sensitivity and the increase in DPOR synthesis, and the addition of new LPOR functions.

项目成果

Kada, S. 他4名: "Arrest of chlorophyll synthesis and differential decrease of photosystems I and II in a cyanobacterial mutant lacking light-independent protochlorophyllide reductase"Plant Molecular Biology. 51巻・2号. 225-235 (2003)

Kada, S. 和其他 4 人：“缺乏光依赖性原叶绿素还原酶的蓝藻突变体中叶绿素合成的阻止和光系统 I 和 II 的差异减少”《植物分子生物学》第 51 卷，第 225-235 期（2003 年）。

Fujita, Y. 他1名: "The light-independent protochlorophyllide reductase : A nitrogenase-like enzyme catalyzing a key reaction for greening in the dark. In Porphyrin Handbook, Edited by Kadish, K. M., Smith, K. M., Guillard, R., vol. 13"Academic Press. 48(109

Fujita, Y. 和其他 1 人：“不依赖于光的原叶绿素还原酶：一种固氮酶样酶，可催化黑暗中变绿的关键反应。《卟啉手册》，由 Kadish, K. M.、Smith, K. M.、Guillard, R. 编辑，第13卷学术出版社.48(109

Y.Fujita, C.E.Bauer: "The Light-Independent Protochlorophyllide Reductase : A Nitrogenase-Like Enzyme Catalyzing a Key Reaction for Greening in the Dark. In Porphyrin Handbook Part II"Edited by Karl M. Kadish, Roger Guilard and Kevin Smith, Academic Press

Y.Fujita、C.E.Bauer：“不依赖于光的原叶绿素还原酶：一种类固氮酶，催化黑暗中绿化的关键反应。见卟啉手册第二部分”由 Karl M. Kadish、Roger Guilard 和 Kevin Smith 编辑，学术界