Regulation of ATP synthase by proton motive force

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: New Photosynthesis : Reoptimization of the solar energy conversion system
• Project/Area Number: 16H06556
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Hisabori Toru 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (40181094)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉田 啓亮 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (40632310) ; 矢守 航 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (90638363)
• Project Period (FY): 2016-06-30 – 2021-03-31
• Keywords: 光合成電子伝達 / サイクリック電子伝達 / ATP合成酵素 / 酸化還元制御 / チオレドキシン / センサータンパク質

Outline of Final Research Achievements

In this study, we aimed to re-optimize photosynthesis through proton-motive force control, focusing on three main points: (1) function enhancement based on the understanding of "proton-motive force formation," (2) enhancement of ATP synthesis capacity based on the understanding of "proton-motive force consumption" process, and (3) redistribution of reducing power. Consequently, we obtained the following results: (1) elucidation of the pathway to increase photosynthetic efficiency and tolerance to fluctuating light stress by far-red light, (2) elucidation of the control mechanism of enzyme function based on the molecular structure of ATP synthase, and (3) elucidation of the previously unexplored oxidation side system of the redox control network.

Free Research Field

植物生化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

プロトン駆動力の形成と消費の視点から光合成を考えた場合、プロトンフローの制御、還元力のフローと下流への分配、ATP生産効率の制御などがシステム再最適化の標的となる。これまでの当該分野の研究は個別の分子機構を解明することを主眼にして独立して行われており、光合成全体を通したエネルギーの流れの視点からは、プロトン駆動力の制御がシステムのどこに対して働くのかを明らかにされていなかった。本研究で「プロトン駆動力」を中心にシステムの理解を進めたことで、光合成強化の道筋を明らかにすることができた。