葉緑体ATP合成酵素が夜間に不活性化される制御機構全貌の解明

阐明叶绿体 ATP 合酶在夜间失活的整个调节机制

• 批准号: 22KJ1305
• 负责人: 関口 敬俊
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1305/
• 关键词: ATP合成酵素; チオレドキシン; 酸化還元制御; プロトン電気化学的勾配

葉緑体ATP合成酵素（CFoCF1）は、光合成電子伝達系により葉緑体のチラコイド膜内外に形成されるプロトンの電気化学的勾配を駆動力として用いてATPを合成する膜局在性のモータータンパク質である。この酵素は葉緑体内のチオレドキシン（Trx）による酸化還元制御の標的としても知られ、光合成が行われる明所でのみ活性化状態である還元型となる。すなわち、光合成反応におけるATPの生産は、光環境に応じて厳密に制御されている。本研究員は、CFoCF1の酸化還元制御機構の全貌の解明を目指し、すでにCFoCF1の還元を行うTrxのサブタイプを特定している（Biochim. Biophys. Acta 2020）。本研究では、暗所での酸化によるCFoCF1の不活性化機構を明らかにすることを目的とした。2022年度は、次の２点を明らかにした。（1）Trxと活性部位のアミノ酸配列が類似した酸化因子タンパク質（Trx-like protein）が、CFoCF1を酸化することをin vitro実験によって明らかにした。また、CFoCF1酸化が、チラコイド膜内外にプロトン勾配が形成されていない時に、より効率よく行われることを見出した（J. Biol. Chem. 2022）。（2）CFoCF1の酸化還元制御は、プロトン勾配の有無によって厳密に制御されていた。そこで、プロトン勾配を熱力学的な構成成分ごとに分けて、それぞれの寄与度の違いを調べた（論文執筆中）。以上一連の研究成果によって、植物の光合成におけるATP合成制御の全体像の理解を深めることができた。

叶绿体ATP合酶（CFOCF1）是一种膜 - 定位的运动蛋白，使用光合作用电子转移系统作为驱动力，使用叶绿体内外形成的质子的电化学梯度合成ATP。该酶也被称为控制叶绿体内硫氧还蛋白（TRX）氧化和氧化还原的靶标，并且以降低形式以降低形式，仅在进行光合作用的光点中激活。也就是说，在光合反应期间的ATP产生严格根据光环境控制。该研究人员已经确定了降低CFOCF1的TRX的亚型，旨在阐明CFOCF1的整个氧化还原控制机制（Biochim。Biophys。Acta2020）。这项研究旨在阐明在黑暗中氧化CFOCF1失活的机制。在2022财政年度，显示了以下两个点：（1）体外实验表明，在活性位点，具有相似氨基酸序列的氧化因子蛋白（TRX样蛋白）会氧化CFOCF1。我们还发现，当没有质子梯度在诸如类囊体膜内或外部没有形成质子梯度时（J。Biol。Chem。2022），进行CFOCF1氧化。 （2）CFOCF1的氧化还原控制受到质子梯度的存在或不存在。因此，我们将质子梯度分为不同的热力学成分，并检查了两者之间的贡献差异（以书面形式）。以上一系列的研究结果使我们能够加深对植物光合作用中ATP合成控制的整体情况的理解。

项目成果

Trx 様タンパク質による葉緑体ATP 合成酵素の不活性化制御

Trx 样蛋白控制叶绿体 ATP 合酶失活

• 发表时间: 2022
• 作者: Yoshida Keisuke;Yokochi Yuichi;Hisabori Toru;村井美波，吉田啓亮，車玉芬，石川規子，久堀徹，伊福健太郎;吉田啓亮，横地佑一，田中寛，久堀徹;上村柚紀子，吉田啓亮，Chris White-Gloria，Greg B. Moorhead，若林憲一，久堀徹;福士結香，横地佑一，若林憲一，吉田啓亮，久堀徹;関口敬俊，吉田啓亮，若林憲一，久堀徹
• 通讯作者: 関口敬俊，吉田啓亮，若林憲一，久堀徹