フーリエ変換赤外分光法による光合成水分解反応の分子メカニズムの解明

利用傅里叶变换红外光谱阐明光合水分解反应的分子机制

• 批准号: 07J00252
• 负责人: 鈴木 博行
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07J00252/
• 关键词: 光合成; 光化学系II; FTIR; 水分解系; シアノバクテリア; 水分解反応; 振動分光; 酸素発生反応; 光化学系; 酸素発生系

光合成水分解反応は、光化学系II蛋白質に結合した金属クラスター上で触媒され、5つの中間状態(S0-S4)の光誘起サイクルにより進行することが知られているが、その構造や反応機構の詳細は未だ明らかとなっていない。本年度では、1)基質水分子の分解過程、2)触媒部位の構造に関する知見を得るために、フーリエ変換赤外(FTIR)分光法及び、部位特異的変異導入法を用いて研究を行った。1)基質水分子の分解過程:これまで検出が困難であった水分子の変角振動シグナルを、重水置換を施した試料を用いることにより、世界で初めて検出した。そのシグナルを詳細に解析したところ、どの遷移においても少なくとも2分子の水が水分解反応に関与していることが明らかとなり、さらに、基質水分子が、蛋白質中の水クラスターから、S2→S3,S3→S0遷移において触媒部位に取り込まれることが強く示唆された。2)触媒部位の構造:触媒部位近傍のD1-His332及び、CP43-Asp354に部位特異的変異を導入し、これらの変異試料について、FTIRによる解析を行った。D1-His332変異試料では、FTIRシグナルに変化が見られなかった。このことは、このアミノ酸は金属イオンの配位子ではなく、水分解反応に間接的に関与していることが示唆された。一方、CP43-Asp354変異試料では、カルボキシル基に由来するFTIRシグナルが消失した。この結果から、このアミノ酸は金属イオンと配位結合していることが示された。さらに、水分子のシグナルに変化が観測されたことから、その金属イオンが基質水分子の結合部位の一つであることが明らかとなった。これらの結果は、CP43-Asp354は触媒の構造だけでなく、水分解反応の重要な役割を担っていることを示している。

Photosynthetic water decomposition reaction, photochemical system II protein binding to metal catalyst, 5 intermediate state (S0-S4) of photoinduced reaction process, the structure of the reaction mechanism details are not clear. This year, we conducted research on 1) the decomposition process of matrix water molecules, 2) the structure of catalyst sites, and 2) the application of FTIR spectroscopy and site-specific differential introduction methods. 1)The decomposition process of matrix water molecule: the difficulty of detection, the angular vibration of water molecule, the heavy water replacement, the application of sample, the beginning of detection The water molecules in the matrix, the water molecules in the protein, the S2→S3,S3→ S0 migration, the catalyst sites, and the catalyst sites were analyzed in detail. 2)The structure of catalyst site: D1-His332 and CP43-Asp354 near catalyst site site-specific differences were introduced, different samples were analyzed by FTIR. D1-His332 is different from the test sample, FTIR is different from the test sample. The ligand of acid and metal is related to the decomposition of water. One side, CP43-Asp354 different sample, the origin of FTIR, the disappearance of the sample. The result is that the acid and the metal are coordinated. In addition, the water molecule's structure changes, and the metal molecule's binding site changes. The results show that CP43-Asp354 is the catalyst structure, and the water decomposition reaction plays an important role in the reaction.

项目成果

光化学系IIコア蛋白質における第一キノン電子受容体Q_Aの再構成

光系统II核心蛋白第一个醌电子受体Q_A的重建

• 发表时间: 2009
• 作者: 梢雄多;高野晃;鈴木博行;杉浦美羽;野口巧
• 通讯作者: 野口巧

Catalytic Mechanism of Nitrile Hydratase Proposed by Time-resolved X-ray Crystallography Using a Novel Substrate, tert-Butylisonitrile

• DOI: 10.1074/jbc.m806577200
• 发表时间: 2008-12-26
• 期刊: JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY
• 影响因子: 4.8
• 作者: Hashimoto, Koichi;Suzuki, Hiroyuki;Odaka, Masafumi
• 通讯作者: Odaka, Masafumi

光合成水分解反応におけるプロトン放出パターンのpH依存性

光合水分解反应中质子释放模式的 pH 依赖性

• 发表时间: 2007
• 作者: H. Suzuki;et. al.;T. Noguchi;高橋亮太 等;鈴木博行 等;鈴木博行 等;鞆達也 等;高野晃 等;渋谷勇一 等;冨田めぐみ 等;鈴木博行 等
• 通讯作者: 鈴木博行 等

Structural relevance of the Ca^<2+> ion with substrate water in the photos ynthetic oxygen evolving center as studied by FTIR spectroscopy

FTIR光谱研究光合氧放出中心Ca^2离子与底物水的结构相关性

• 发表时间: 2007
• 作者: Hiroyuki Suzuki;et. al.;鈴木博行;梢雄多;石塚量見;Mitsuhiro lizasa;Hiroyuki Suzuki;高野晃;渋谷勇一;鈴木博行;鈴木博行;Yuichi. Shibuya
• 通讯作者: Yuichi. Shibuya

FTIR法による光合成水分解反応におけるプロトン放出パターンの検出

使用 FTIR 方法检测光合水分解反应中的质子释放模式

• 发表时间: 2008
• 作者: T. Tomo;et. al.;T. Noguchi;野口巧;鈴木博行 等
• 通讯作者: 鈴木博行 等