核磁気共鳴法による生体系CO_2固定反応追跡手法の開発

利用核磁共振法开发生物系统CO_2固定反应追踪方法

• 批准号: 09875196
• 负责人: 王 征宇
• 金额: $ 0.45万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09875196/
• 关键词: ルビスコ; 炭酸固定; NMR; カルボキシラーゼ; オキシゲナーゼ; 酵素活性

生体系炭酸固定の研究には、これまで主として放射性物質である炭素14が追跡物質として使われてきた。炭素14は放射性の寿命として5730年(半減期)と長く、人体に有害で、しかも高価である。その扱いはガスの場合、四方八方に飛散しやすいため大変難しく、特別なRI施設が必要である。これに対して、本研究では無害で、自然界に100%存在比の^1H,^<31>Pと約1.1%の存在比の^<13>Cに注目し、これらをCO_2固定の研究に用いるという独創的なアイデアに基づき、さらに核磁気共鳴(NMR)という高分解能・高感度の分析装置によりCO_2固定反応回路を原子レベルで調べることを試みた。今年度は、昨年に続き、NMRを用いて二酸化炭素固定の鍵酵素であるRubisco(ルビスコ)のキャラクタリゼーションを行った。ルビスコは、炭酸固定以外に酸素も取り込むこと(オキシゲナーゼ反応)がもう一つの大きな特徴である。両反応は互いに阻害し合う関係にある。平成10年度には、これまで確立した核磁気共鳴法を利用して、RubiscoのCO_2とO_2に対する特異性係数を定量的に評価した。^<31>P-NMRスペクトルより、両反応生成物(含燐化合物)の割合から特異性係数が求められるだけでなく、pH変化、反応の進行度合い並びにホスファターゼ活性も同時に評価できることがわかった。また、^1H-NMRスペクトルは高感度のため最高の時間効率をもつ一方、特異性係数の高い酵素に最も適していることが判明された。高等植物と光合成細菌から単離精製された三種のRubiscoについて、NMRより求めた特異性係数は他の方法より得られたものと良く一致していることが分かった。これらの結果と共に、本助成金によって得られた成果の詳細について、既に掲載されている国際学術雑誌に2報の論文としてまとめられている。

Carbon 14 is the main radioactive substance in the study of carbon acid fixation in biological systems. Carbon 14 is radioactive and has a lifetime of 5730 years (half-life). In all cases, it is necessary to set up a special RI. In this study, the existence ratio of 100% in nature is about 1.1% and the existence ratio is about <31>1.1%<13>. In this study, the use of CO_2 fixation in the study of CO_2 fixation is noted. In this study, the original high resolution energy and high sensitivity nuclear magnetic resonance (NMR) analytical device is used to analyze the CO_2 fixation reaction loop. This year, the first batch of 1,000 yuan, NMR was used to detect the enzyme of carbon fixation in the middle of the year. The carbon acid fixing agent is selected from the group consisting of carbon dioxide and carbon dioxide. The relationship between the two sides is not good. In 2010, we established a quantitative evaluation of the specificity coefficient of Rubisco for CO_2 and O_2 by NMR. <31>P-NMR spectra of the cleavage products (phosphorus compounds) were evaluated for their specificity coefficients, pH values, and reactivity. The highest time efficiency of high sensitivity and the highest specificity coefficient of enzyme were determined by 1H-NMR. Higher plants and photosynthetic bacteria are isolated and purified from three kinds of Rubisco, NMR and other methods to obtain the specificity coefficient. The results of this study were published in detail in the International Academic Journal.

项目成果

Z.-Y.Wang, et al.: "Measurements of the CO_2 / O_2 specificity of ribulose 1,5 bisphosphate carboxylase / oxygenase by ^<31>P-and ^1H-NMR" Photosynthesis Research. 58. 103-109 (1998)

Z.-Y.Wang等人：“通过^ 31 P-和^ 1 H-NMR测量核酮糖1,5二磷酸羧化酶/加氧酶的CO_2 / O_2特异性”光合作用研究。