光合成超複合体のエネルギー伝達機構の解明
Publicly Offered Research
Project Area | Creation of novel light energy conversion system through elucidation of the molecular mechanism of photosynthesis and its artificial design in terms of time and space |
Project/Area Number |
20H05109
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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Allocation Type | Single-year Grants |
Review Section |
Complex systems
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Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
Principal Investigator |
川上 恵典 国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学研究センター, 研究員 (40619904)
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Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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Keywords | 光合成 / 光捕集 / フィコビリソーム / クライオ電子顕微鏡 / 単粒子構造解析 / 構造生物化学 / 光エネルギー / 電子顕微鏡 |
Outline of Research at the Start |
本研究は、温泉に生息する好熱性シアノバクテリアのフィコビリソーム(PBS)及びPBS-光化学系超複合体(PBS-PSIIとPBS-PSI)の高分解能クライオ電子顕微鏡解析を行うことでそれらの立体構造を解析し、藻類の高効率な光エネルギー伝達様式を解明することが目的である。このため、PBS及びPBSを構成するフィコシアニン(PC)複合体、PBS-光化学系超複合体(PBS-PSIIとPBS-PSI)の試料調製とそれらのクライオ電子顕微鏡解析を進めていく。本研究で得られた知見を人工光合成研究に取り組むことによって、高効率光エネルギー伝達システムの構築を進めていくことができると期待される。
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Outline of Annual Research Achievements |
シアノバクテリア・紅藻・灰色藻といった多くの藻類は、光合成の初期反応において太陽光エネルギーを集光性アンテナタンパク質(LHC)によって吸収し、その後水分子を分解して酸素と電子、そしてプロトンを放出する。フィコビリソーム(PBS)は多くの藻類がもつ巨大な光捕集アンテナタンパク質であり、吸収した光エネルギーを光化学系蛋白質(光化学系IとII)に伝達する。本研究では、好熱性シアノバクテリア由来PBSの立体構造とその内部のエネルギー伝達様式を明らかにし、さらにPBSとPSIIの相互作用を解析するため、まずはPBSの中心部位(PBS core)とアンテナ部位に相当するフィコシアニンロッド(PC rod)の構造解析を行った。 クライオ電子顕微鏡を用いた単粒子構造解析によって、好熱性シアノバクテリア由来のPBS coreとPC rodの構造をそれぞれ3.7 Åと4.2 Å分解能で解析した。PBS coreはアロフィコシアニン蛋白質群(ApcA, ApcB, ApcC, ApcD, ApcE, ApcF)で構成され、ApcEとApcDはリンカー蛋白質と呼ばれる光化学系蛋白質にエネルギー伝達を行う重要なサブユニットである。本研究では、これらのサブユニットの配置とその詳細な相互作用を明らかにすることができた。 そしてPCロッドの単粒子構造解析から、PC内部に結合するリンカータンパク質(CpcD, CpcC, CpcG)の配置を明らかにし、これらリンカータンパク質によってPCロッド内の相互作用が大きく変化していることが明らかとなった。
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Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(15 results)