2021 Fiscal Year Annual Research Report
高分解能・時間分解構造解析による水分解反応の機構解明
| 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 |
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| Project/Area Number |
17H06434
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
沈 建仁 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 教授 (60261161)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
神谷 信夫 大阪市立大学, 人工光合成研究センター, 名誉教授 (60152865)
山口 兆 大阪大学, 産業科学研究所, 招へい教授 (80029537)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 光合成 / 光化学系II / 水分解反応 / 酸素発生反応 / ポンプ－プローブ法 / X線自由電子レーザー / X線結晶構造解析 / 時分割構造解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、酸素発生型光合成において、①水分解反応を触媒している光化学系II複合体(PSII)のより精密な構造や反応中間体の構造を、SPring-8の放射光X線や、レーザー照射とフェムト秒X線自由電子レーザーを組み合わせたポンプ－プローブ法によって解析し、得られた構造をもとに理論的解析を行い、実験と理論の両方から水分解反応の機構を原子レベルで解明すること;②PSIIの各種変異株由来PSIIの結晶化・構造・機能解析を行い、PSIIの電子伝達。水分解反応における各構成サブユニットの機能、水分解の産物であるプロトンの排出チャンネルに関わるアミノ酸の特定や機能を解明することである。令和3年度は新型コロナの影響で計画していた研究が遅れていたので、令和4年度に繰り越して研究を実施した。その結果、ポンプ－プローブ法により水分解反応の中間体であるS2, S3状態の生成に至るまでに早い時間帯でX線回折データを収集し、構造解析を行い、S3状態で新たな酸素原子O6が挿入される前に水分子が1個挿入され、それがO6の位置に転移することを発見した。また、S2, S3状態の生成に至るまで、PSIIの電子伝達、プロトン移動を反映すると考えられる様々な構造変化が観測され、タンパク質の構造変化と反応機構をリンクして考察できることが明らかになった。さらにプロトンチャンネルの一部を担っていると考えられるD1サブユニットのいくつかのアミノ酸置換体を作成し、それらの機能を解析することによって、これらアミノ酸残基がプロトン移動における役割について重要な知見を得た。これらの研究により、PSIIにおける光エネルギーを利用した水分解反応の分子機構に重要な知見をもたらした。
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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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