Origin of photosynthetic oxygen evolution on ancient Earth

古代地球光合作用氧气演化的起源

• 批准号: 22K19270
• 负责人: 野口 巧
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K19270/
• 关键词: 光合成; 光化学系Ⅱ; 酸素発生; 水分解; アミノ酸変換; 進化; マンガンクラスター

我々はシアノバクテリアの光化学系Ⅱタンパク質において、酸素発生の触媒部位であるマンガンクラスターの配位子（アスパラギン酸D1-D170）のヒスチジン変異体(D1-D170H)を作製すると、アミノ酸変換を起こして本来のアスパラギン酸に戻り、酸素発生が回復する現象を既に見出していた。このアミノ酸変換が、DNAあるいはRNAレベルではなく、翻訳後にタンパク質レベルで起こることを、13C同位体置換ヒスチジンを導入した光化学系Ⅱ試料の赤外分光および液体クロマトグラフ質量分析に解析によって証明した。また、他のカルボキシレート配位子であるD1-E189およびD1-D342を、アミド基を持つアミノ酸（E189Q, D432N）に変換した場合でも翻訳後アミノ酸変換が起こって本来のアミノ酸に戻ること、そして、炭素鎖の短いアラニンへの変異体ではアミノ酸変換が起こらないことを明らかにした。これらのことから、このアミノ酸変換は光化学系Ⅱの酸素発生系に一般的な現象であり、十分な炭化水素鎖を持つアミノ酸がアスパラギン酸またはグルタミン酸に変換されて酸素発生系を形成されることが示された。これらのアミノ酸変換は、光を用いたマンガンクラスターの構築過程（光活性化）において生成する活性酸素による酸化、あるいはアミド基の加水分解によって行われると推測した。こうした光化学系Ⅱの翻訳後アミノ酸変換現象の発見に基づき、30億年以上前の太古の地球において、配位子系が未完成の祖先型光化学系Ⅱで翻訳後アミノ酸変換が起こり、カルボキシル配位子が生成して始原的なマンガンクラスターが形成され、最初の酸素発生が行われた、との独自の仮説を初めて提唱した（Shimada et al., Nature Commum. 2022）。

In the department of photochemistry, the second department of photochemistry, the catalyst part, the catalyst, the acid, the acid. DNA, RNA, acid, 13C, and 13C homotaxis were added to the photochemistry system II material, infrared spectroscopy, liquid spectroscopy, liquid spectroscopy and quantitative analysis. He

项目成果

Role of D1-Glu65 in Proton Transfer during Photosynthetic Water Oxidation in Photosystem II

D1-Glu65 在光系统 II 光合水氧化过程中质子转移中的作用

• DOI: 10.1021/acs.jpcb.2c05869
• 发表时间: 2022
• 期刊: The Journal of Physical Chemistry B
• 作者: Shimada Yuichiro;Sugiyama Ayane;Nagao Ryo;Noguchi Takumi
• 通讯作者: Noguchi Takumi

Post-translational amino acid conversion in the oxygen-evolving complex and its implication

释氧复合物中翻译后氨基酸的转化及其意义

• 发表时间: 2022
• 作者: Takumi Noguchi;Yuichiro Shimada;Takehiro Suzuki;Takumi Matsubara;Tomomi Kitajima-Ihara;Ryo Nagao;and Naoshi Dohmae
• 通讯作者: and Naoshi Dohmae

光化学系Ⅱにおける水分解マンガンクラスターの光構築機構の時間分解赤外分光解析

光系统II中水分解锰团簇光组装机制的时间分辨红外光谱分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 渡邉隼弥;嶋田友一郎;野口巧
• 通讯作者: 野口巧

光化学系IIにおけるチロシンDの酸化還元電位の評価

光系统II中酪氨酸D氧化还原电位的评价

• 发表时间: 2023
• 作者: 加藤祐樹;岩銅壮平;政本彩帆;三野広幸;野口巧
• 通讯作者: 野口巧

光化学系Ⅱにおける翻訳後アミノ酸変換と光合成酸素発生の起源

光系统II中翻译后氨基酸转化和光合产氧的起源

• 发表时间: 2022
• 期刊: 光合成研究
• 作者: Toda Takuro;Ito Mikako;Takeda Jun-ichi;Masuda Akio;Mino Hiroyuki;Hattori Nobutaka;Mohri Kaneo;Ohno Kinji;野口 巧
• 通讯作者: 野口 巧