ＥＮＤＯＲ法による光合成酸素発生における基質水分子の同定及び反応メカニズムの解明

使用 ENDOR 方法识别底物水分子并阐明光合产氧的反应机制

基本信息

批准号：
14J11113
负责人：
長嶋宏樹
金额：
$ 2.05万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J11113/
关键词：
マンガンクラスター磁気共鳴酸素発生光化学系II 光合成電子スピン共鳴電子核二重共鳴電子スピン共鳴(ESR,EPR)電子核二重共鳴(ENDOR)水分解酸素発生 Mnクラスター水分解触媒水分解メカニズム

项目摘要

酸素発生型光合成は光エネルギーを利用して、二酸化炭素を化学エネルギー源である糖に変換する反応で、水を電子源として酸素を作り出す。光合成における酸素発生は植物やシアノバクテリアのもつ葉緑体の光化学系IIタンパク質複合体内にあるMnクラスターで行われる。マンガンクラスターは酸化状態の異なる5つの状態S0-S4を持ち、光エネルギーを吸収して酸化され状態が遷移する。最も酸化されたS4状態になると酸素を作り出して最も還元されたS0状態へと戻る。近年のX線結晶構造解析の分解能向上によりマンガンクラスターの構造が明らかにされ、基質の候補と成る4つの配位水分子の位置も明らかにされたが、各S状態遷移における構造変化やプロトン放出機構は未だ明らかではない。本研究ではさらにマンガンクラスター近傍に位置する水、アミノ酸に加えて、添加したメタノール分子のプロトンの位置について電子核二重共鳴測定により明らかにした. メタノール分子はマンガンクラスター近傍の重要な水素結合ネットワークにはおらず、間接的にマンガンクラスターと相互作用していることがわかり、また、近年計算手法により提案された水素放出機構や基質水分子の取り込みを阻害しないことがわかった。メタノールの位置解明は、プロトン放出や基質水分子の取り込み機構解明への手がかりとなる重要な成果で、The journal of physical chemistry letters誌に2017年1月に掲載された.(Nagashima and Mino, J Phys Chem Lett, 2017, 8, 621-625)

生成氧气的光合作用是一种使用轻能将二氧化碳转化为糖（一种化学能源）的反应，并将水作为电子源产生氧气。光合作用过程中的氧气产生发生在位于植物和蓝细菌叶绿体的光系统II蛋白复合物中的MN簇中。锰簇具有五个具有不同氧化态的S0-S4状态，可吸收光能并将其氧化为过渡态。当达到S4状态时，产生氧气，S0状态返回到S0状态，这是最降低的状态。 X射线晶体结构分析的最新改进揭示了锰簇的结构，也已经揭示了四个是候选底物的协调水分子的位置，但是每个S状态过渡时的结构变化和质子释放机制仍然不清楚。在这项研究中，除了位于锰簇附近的水和氨基酸外，还通过电子核双谐振测量值揭示了添加的甲醇分子质子的位置。发现甲醇分子在锰簇附近的重要氢键网络中不存在，而是与锰簇间接相互作用，并且它们不抑制近年来计算方法提出的氢释放机制或底物水分子的吸收。阐明甲醇是一个重要的结果，它为阐明质子释放的线索和底物水分子的摄取机制提供了线索，并于2017年1月发表在《物理化学杂志》上（Nagashima and Mino，Mino，J phys Chemt，2017，8，121-621-625）。

项目成果

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Proton matrix ENDOR studies on Ca2+-depleted and Sr2+-substituted Mn cluster in photosystem II

光系统 II 中 Ca2 耗尽和 Sr2 取代的 Mn 簇的质子矩阵 ENDOR 研究

DOI：
10.1074/jbc.m115.675496
发表时间：
2015
期刊：
J. Biol. Chem
影响因子：
0
作者：
Nagashima,H.;Nakajima;Y.;Shen;J-R. and Mino;H.
通讯作者：
H.

ENDOR Studies on the Hydrogen-Bonding Network Surrounding Mn Cluster

Mn簇周围氢键网络的ENDOR研究

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
作者：
Tatsuro Kawamoto;Yoshiyuki Kabashima;藤澤奈都穂;Natsuho Fujisawa;Hiroki Nagashima and Hiroyuki Mino
通讯作者：
Hiroki Nagashima and Hiroyuki Mino

Hyperfine Sublevel Correlation Spectroscopy Studies of Iron-Sulfur Cluster in Rieske Protein from Green Sulfur Bacterium Chlorobaculum tepidum

绿硫杆菌温热绿杆菌Rieske蛋白中铁硫簇的超精细亚能谱研究

DOI：
10.1021/acs.jpcb.6b12968
发表时间：
2017
期刊：
The Journal of Physical Chemistry B
影响因子：
0
作者：
Hiroki Nagashima;Hiraku Kishimoto;Risa Mutton;Naotaka Terashima;Hirozo Oh-Oka;Genji Kurisu;Hiroyuki Mino
通讯作者：
Hiroyuki Mino

Substrate water sites of the water oxidation studies by ENDOR on the Mn cluster modified by ammonia and deuteron

ENDOR 对氨和氘核修饰的 Mn 簇进行水氧化研究的底物水位点