Structural analysis of metal Inhibition Mechanisms in Photosystem II

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本年度はターゲットとする光化学系II蛋白質(PSII)に光エネルギーを供給する、アンテナ蛋白質フィコシアニン(PC)に水銀イオンと鉛イオンの結合構造を決定した。その結果、３つの色素分子フィコシアノビリンの内の１つが、水銀イオンを取替囲むように大きく構造変化することが初めて明らかになり、それに伴って蛋白質構造も大きく変化することが明らかになった。一方、鉛イオンはサブユニット蛋白質境界の表面に結合するだけで蛋白質構造に大きな影響を及ぼさず、また色素分子への影響も少ないことがわかった。このことは、過去の研究報告から、水銀イオンによってPCの吸収スペクトルの最大値が減少するが、一定以下には下がらない事が知られており、１分子のフィコシアノビリンが崩れるが他の２つには影響を受けないことから、阻害機能と構造との相関が明らかになった。また、鉛イオンは水銀イオンほど吸収スペクトルに影響を及ぼさない要因も、色素分子への結合しないことから明らかになった。しかし、PCは有害金属のスカベンジャーとして報告されていることから、水銀イオンは色素分子によって、鉛イオンは蛋白質-蛋白質界面に取り込むことで金属を取り込む機構を結晶構造から明らかにすることができた。