光化学系II酸素発生系の再生機構

光系统II产氧系统的再生机制

• 批准号: 22K06259
• 负责人: 西山 佳孝
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Saitama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K06259/
• 关键词: 光合成; 環境; 光; 損傷; 修復; ストレス応答; 遺伝子; タンパク質; 光化学系

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。

Photochemical System II (PSII) is a system of photo-induced damage and repair mechanisms. Research representatives have reported on the development of new mechanisms for photodamage control. This study aims to clarify the detailed understanding of the Two-step mechanism, and the understanding of the regeneration mechanism of the acid generation system. The activity of PSII was measured under intense ultraviolet (UV-A; 365 nm) irradiation, acid production and the rate of recovery of artificial electron receptor DCIP. The PSII activity decreased by about 10% after 50 seconds of UV-A irradiation. In addition, PSII (H2O→DCIP) and anti-corrosion center (artificial electron donor DPC→DCIP) were compared, and the former was rapidly reduced, and the acid generation system was damaged first. Next, in the presence of DPC, UV-A irradiation, H2O→DCIP reverse irradiation, DPC→DCIP reverse irradiation The reaction center of PSII is not damaged, and the acid production system is damaged. The activity of the reaction center is reduced by visible light irradiation. The blue light and red light reflect the damage of the center. Light irradiation of the reaction center inactivates the intermediate. The results showed that the acid production system was damaged by UV-A radiation (first stage), the retroactive center was damaged by visible light (second stage), the retroactive center was damaged by active acid (second stage), and the acid production system of P680 was damaged by acid.

项目成果

環境応答研究室（西山研究室）

环境响应实验室（西山实验室）

強力なUV-A照射による光化学系II光阻害機構の解析

强UV-A照射光系统II光抑制机制分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 小島俊太;西山佳孝
• 通讯作者: 西山佳孝

有害赤潮藻類Chattonella属の細胞表層多糖の構造と魚毒性の関係

有害赤潮藻Chatonella属细胞表面多糖结构与对鱼毒性的关系

• 发表时间: 2023
• 作者: 田村悠;湯浅光貴;紫加田知幸;小竹敬久;西山佳孝
• 通讯作者: 西山佳孝

強力なUV-A照射を用いた光化学系IIの光損傷機構の解析

强UV-A照射下光系统II的光损伤机制分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 小島俊太;西山佳孝
• 通讯作者: 西山佳孝