亜鉛バクテリオクロロフィルを持つ細菌の光合成機構の研究

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09309008
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: 嶋田 敬三 東京都立大学, 理学研究科, 助教授 (80112473)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小林 正美 筑波大学, 物質工学系, 講師 (70234846) ; 高宮 健一郎 東京工業大学, 生命理工学部, 教授 (80037259) ; 伊藤 繁 岡崎国立共同研究機構, 基礎生物学研究所, 助教授 (40108634) ; 平石 明 豊橋技術科学大学, エコロジー工学系, 助教授 (40283486) ; 若尾 紀夫 岩手大学, 農学部, 教授 (30003784)
• Keywords: 光合成細菌 / 亜鉛 / バクテリオクロロフィル / 好酸性細菌 / 反応中心 / 光捕集系 / クロロフィル生合成

Research Abstract

亜鉛バクテリオクロロフィルを持つ細菌に関する本年度の成果は以下の通りである。
1.光化学反応中心タンパクを可溶化し、各種分画法を用いて単離する事が出来た。この標品では紅色細菌型反応中心の4分子のバクテリオクロロフィルaがすべて亜鉛型に置き換わっていた。閃光照射により特有の吸収変化の見られることから亜鉛バクテリオクロロフィルからなる反応中心もその機能を果たし得ることが判った。
2.通常の紅色細菌のものを参考にして作成したDNAプローブを用いて反応中心タンパクおよび光捕集タンパクの遺伝子塩基配列を決定した。遺伝子構造とそれから推定されるタンパクの一次構造は通常の紅色細菌のものと共通性が非常に高かったが、本質的と思われる変化が2個所に見られた。
3.バクテリオクロロフィル生合成の各段階の変異体の得られている紅色細菌R.capsulatusの各変異株に対する相補実験よりAcidiphiliumの対応する遺伝子を数種クローニングする事が出来た。このうち亜鉛のポルフィリンリングヘの取り込みに関係すると考えられる3種の遺伝子の塩基配列を決定した。
4.亜鉛バクテリオクロロフィルの合成に関して、対数期において光の強度に依存する合成阻害があることが判った。また、栄養条件を悪くすることによって亜鉛バクテリオクロロフィルの相対合成量が増すことが判った。
5.中心金属を変えた多種類のクロロフィル、バクテリオクロロフィルを作成しその蛍光寿命、酸化還元電位、耐酸性を調べた。その結果、亜鉛はほとんビ唯一マグネシウムに代わりうる金属であることが判った。また亜鉛を中心金属とすることにより耐酸性が大きく増すことが判った。
6.酸性温泉からの色素生産単離株にも亜鉛バクテリオクロロフィル含有菌を3株見出した。

Research Products

• [Publications] 永島賢治 ほか: "Nucleotide sequences of genes coding for photosynthetic reaction centers and light-harvesting proteins of Acidiphilium rubrum and related aerobic acidophilic bacteria." Plant and Cell Physiology. 38. 1249-1258 (1997)
• [Publications] 伊藤 繁 ほか: "Accumulation of Fe,Cr and Ni metals inside cells of acidophilic bacterium Acidiphilium rubrum that produces Zn containing bacteriochlorophyll a." Plant and Cell Physiology. 39(印刷中). (1998)
• [Publications] 小林 正美 ほか: "Successfully controlled isomerization and pheophytinization of bacteriochlorophyll b by weak acid in the dark in vitro" Analytica Chimlca Acta. (印刷中). (1998)
• [Publications] 小林 正美 ほか: "Light-independent isomerization of bacteriochlorophyll g to chlorophyll a catalyzed by weak acid in vitro" Analytica Chimica Acta. (印刷中). (1998)
• [Publications] 小林 正美 ほか: "クロロフィルの中心金属はマグネシウムだけか?" 鉱物学会誌. 26(2). 117-120 (1997)