光化学系II酸素発生系の再生機構

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光化学系II（PSII）は光による損傷を受けやすいが、修復機構によって速やかに修復される。研究代表者らは、これまでに光損傷機構に関して新たなモデル「Two-step説」を提唱し、修復を制御する新たな機構を見出してきた。本研究では、Two-step機構の詳細を解明し、修復機構の中で全く未解明な酸素発生系の再生機構の解明を目指した。まず、Two-step機構を解析するため、シアノバクテリアSynechocystis sp. PCC 6803から単離したチラコイド膜に強力な紫外線（UV-A; 365 nm）を照射し、酸素発生および人工電子受容体DCIPの還元速度を指標にPSII活性を測定した。チラコイド膜にUV-Aを50秒照射すると、PSII活性は元の約10%にまで低下した。その際、PSII全体（H2O→DCIP）と反応中心（人工電子供与体DPC→DCIP）の反応を比較すると、前者の方がより速く低下したため、酸素発生系が反応中心よりも先に損傷を受けていることが確認できた。次に、チラコイド膜にDPCの存在下でUV-Aを照射すると、H2O→DCIP反応 は著しく低下したが、DPC→DCIP反応 はほとんど低下しなかった。したがって、PSIIの反応中心は無傷な状態で酸素発生系のみが損傷した「損傷中間体」を捕捉することができた。この損傷中間体からDPCを除去して、可視光を照射すると、反応中心の活性は速やかに低下した。その際、青色光と赤色光が反応中心の損傷に効果的であった。また、嫌気状態で損傷中間体に光照射しても、ほとんど反応中心は失活しなかった。以上の結果から、酸素発生系がUV-Aによって損傷を受け（第一段階）、その後反応中心が可視光によって損傷を受ける（第二段階）ことや、損傷の第二段階では、反応中心は活性酸素ではなく、P680の酸化状態によって損傷を受けることが示唆された。