形質転換体を用いた光化学系II反応中心"P680"の高電位形成の解析

使用转化体分析光系统II反应中心“P680”的高电位形成

• 批准号: 14740444
• 负责人: 鞆 達也
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: Nihon University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14740444/
• 关键词: 光合成; 光化学系; 反応中心

光化学系IIの最大の特徴は水を分解し酸素を発生させることにある。そのためには、反応中心P680の酸化還元電位が水より高いことが必須となる。また、この光化学系IIは非常に代謝回転が高いことが知られている。これは、光化学系IIに過剰な光が照射されたとき、光化学系IIを速やかに分解し、合成することが光に対する耐性を高めることより有利に働くことに起因すると思われる。この分解はどういったメカニズムで生じるか議論の的であった。我々はこの分解の経路が2つの異なったpathwayで生じることを見いだし報告した。光化学系IIの機能を解明するには、分子生物学的手法も大きなウエイトを占める。しかし、高等植物において光化学系の遺伝子改変は困難であるため、我々は形質転換可能な緑藻であるクラミドモナスから光化学系IIの簡便な単離精製法を開発した。光化学系IIの集光性タンパク質であるCP47タンパク質にヒスチジンタグを導入することにより、簡易な方法で光化学系IIの精製が可能となった。また、機能解析の基本情報となるものはタンパク質の立体構造である。この構造を原子レベルで解析可能になれば、各補欠分子の詳細な相互作用があきらかになる。しかし、膜タンパク質であるが故に結晶化には確立した方法が存在せず、無数の条件を振って試行錯誤せねばならないのが結晶化の現状である。本報告では、良好な結晶作成に必須な溶解度曲線を二光束干渉計を用いて簡便に測定する方法を開発した。この方法を利用して、光化学系IIの結晶作成を行う予定である。また、昨年に引き続き反応中心近傍のアミノ酸を改変した異性株からの光化学系II反応中心の物理化学的測定を行った。さらに、反応中心の色素を既存のクロロフィルa以外の色素に置換する研究も併せて行っている。クロロフィル置換により、あらたな分光極大が形成され、P680近傍の機能が解明されるものと期待する。

光系统II的最大特征是它分解水并产生氧气。为此，至关重要的是，反应中心p680的氧化还原潜力高于水。此外，众所周知，该光系统II的营业额很高。这被认为是由于以下事实：当光系统II辐照过多的光时，光系统II的快速分解和合成在增加对光的耐药性方面是有利的。关于这种分解可能是什么机制，这是一个辩论。我们发现并报告说，这种降解途径发生在两种不同的途径中。分子生物学方法还解释了阐明光系统功能II功能的主要权重。但是，由于在高等植物中很难对光系统的遗传修饰，因此我们开发了一种简单的方法，可以从可转化的绿色藻类Chlamydomonas隔离和纯化光系统II。通过将组氨酸标签引入CP47蛋白质（一种光光系统II的光收集蛋白）中，可以简单地净化光系统II。此外，功能分析的基本信息是蛋白质的三维结构。如果可以在原子水平上分析这种结构，则每个假肢分子的详细相互作用将变得显而易见。但是，由于它是一种膜蛋白，因此没有建立的结晶方法，并且当前的结晶状态是它必须在无数条件下进行反复试验。在本报告中，我们开发了一种方便测量溶解度曲线的方法，该方法对于使用两发干涉仪，对于创建良好的晶体至关重要。该方法计划用于制备光系统II的晶体。此外，与去年一样，进行了来自异构体菌株的光系统II反应中心的物理化学测量，并进行了反应中心附近的改良氨基酸。此外，已经进行了研究以替代反应中心与现有叶绿素a以外的染料中心的染料。预计叶绿素取代将形成新的光谱最大值，并且p680附近的功能将被阐明。

项目成果

Mizusawa N, Tomo T, Satoh K, Miyao M: "Degradation of the Dl protein of photosystem II under illumination in vivo : Two different pathways involving cleavage or intermolecular cross-linking"BIOCHEMISTRY. 42. 10034-10044 (2003)

Mizusawa N、Tomo T、Satoh K、Miyao M：“体内光照下光系统 II 的 D1 蛋白的降解：涉及裂解或分子间交联的两种不同途径”生物化学。

K.Nakazato, T., Ichimura, T.Tomo: "Direct observation of the surface topology of two-dimensional crystal of photosystem II subcore complex by atomic microscopy"Proceeding of the Institute of Natural Sciences, Nihon University. 37. 201-207 (2002)

K.Nakazato, T.，Ichimura, T.Tomo：“通过原子显微镜直接观察光系统 II 子核复合体二维晶体的表面拓扑”日本大学自然科学研究所学报。

Takehiro Suzuki, Jun Minagawa, Tatsuya Tomo, Kintake Sonoike, Hisataka Ohta, Isao Enami: "Binding and functional properties of the extrinsic proteins in oxygen-evolving Photosystem II complex from a green alga, Chlamydomonas reinhardtii having His-tagged

Takehiro Suzuki、Jun Minakawa、Tatsuya Tomo、Kintake Sonoike、Hisataka Ohta、Isao Enami：“来自绿藻、带有 His 标记的莱茵衣藻的释氧光系统 II 复合体中外在蛋白的结合和功能特性

Katsuyoshi Nakazato, Tomoko Homma, Tatsuya Tomo: "Rapid solubility measurement of protein crystals as a function of precipitant concentration with micro-dialysis cell and two-beam interferometer"Journal of Synchrotron Radiation. 11. 34-37 (2004)

Katsuyoshi Nakazato、Tomoko Homma、Tatsuya Tomo：“使用微透析池和两束干涉仪快速测量蛋白质晶体的溶解度与沉淀剂浓度的关系”同步辐射杂志。