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2017 Fiscal Year Annual Research Report

Evolution of the photosynthetic reaction center

Research Project

Project/Area Number 15K21122
Research InstitutionFukuoka University

Principal Investigator

武藤 梨沙  福岡大学, 理学部, 助教 (10622417)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
Keywords光合成 / X線結晶構造解析 / 電子スピン共鳴法 / 反応中心
Outline of Annual Research Achievements

太陽光の光エネルギーを電気化学エネルギーへ変換する光合成反応中心(RC)タンパク質の反応効率は極めて高く、ほぼ100%に達する。このような高効率な系の反応機構を原子レベルで解明することは、光合成電子伝達系の理解だけではなく、近年盛んに研究が行われている人工光合成系構築のための構造基盤に関して有益な情報を与える。光合成をおこなう生物は、光合成反応における酸素発生の有無によって大きく2つにわけることができる。これまでに酸素発生型RCはType1型、Type2型ともに構造決定がなされている。一方、非酸素発生型RCはType2型のRCのみ構造が解明されていた。そこで、本研究では非酸素発生型RC Type1型の高分解能での構造決定とその電子伝達経路の解明を目指した。
まず、構造を決定するために結晶化の最適化を行った。RCは膜タンパク質であるため、結晶化をする際に界面活性剤を用いた可溶化が必要となる。界面活性剤の種類によって結晶の質が異なるため、最適な界面活性剤の探索を行った。その結果、界面活性剤DDMまたはUDMを用いた際に大きな結晶を得られること、高分解能が得られることがわかった。それぞれの結晶系において、分子置換法を用いて初期位相を決定し、それぞれ3.2Åと4.2Åで構造を決定した。
次に、ESR法を用いてRCにおける時間分解測定を行った。溶液状態でのRCを14KでESRスペクトルを得た。そのスペクトルのシミュレーション解析から、P800+A0-ラジカル対間の交換相互作用Jはおよそ13 mTと見積もられた。これはType2型RCでのラジカル対と比較すると非常に大きな値をとることがわかった。さらに、結晶を用いてW-band ESR測定を行った。その結果、溶液状態と同じくP800の信号を得た。

  • Research Products

    (9 results)

All 2018 2017

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (6 results)

  • [Journal Article] X-ray crystallographic and high-speed AFM studies of peroxiredoxin 1 from Chlamydomonas reinhardtii2018

    • Author(s)
      Charoenwattanasatien R., Tanaka H., Zinzius K, Hochmal A. K., Mutoh R., Yamamoto D., Hippler M., Kurisu G.
    • Journal Title

      Acta Crystallogr F Struct Biol Commun

      Volume: 74 Pages: 68-91

    • DOI

      10.1107/S2053230X17018507

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Dynamics and energetics of cyanobacterial photosystem I: ferredoxin complexes in different redox states.2017

    • Author(s)
      Setif P., Mutoh R., Kurisu G.
    • Journal Title

      Biochimca et Biophysica Acta Bioenergetics

      Volume: 1858(7) Pages: 483-496

    • DOI

      10.1016/j.bbabio.2017.04.001.

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Association of Ferredoxin:NADP+ oxidoreductase with the photosynthetic apparatus modulates electron transfer in Chlamydomonas reinhardtii2017

    • Author(s)
      Mosebach Laura、Heilmann Claudia、Mutoh Risa、Gabelein Philipp、Steinbeck Janina、Happe Thomas、Ikegami Takahisa、Hanke Guy、Kurisu Genji、Hippler Michael
    • Journal Title

      Photosynthetic Research

      Volume: 134 Pages: 291~306

    • DOI

      10.1007/s11120-017-0408-5

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Studies on structure-function relationships among the Rieske protein and Cytochromes in Green sulfer bacteria2018

    • Author(s)
      H. Kishimoto, R. Mutoh, H. Tanaka, G. Kurisu, H. Oh-oka
    • Organizer
      第59回日本植物生理学会年会
  • [Presentation] 時間分解EPRでとらえる光合成反応中心初期電荷分離の制御機構2017

    • Author(s)
      H. Mino, H. Tsukuno, R. Mutoh, H. Nagashima, Y. Kobori, G. Kurisu, H. Oh-oka
    • Organizer
      第55回生物物理学会年会
  • [Presentation] X-ray structure and NMR analysis of the electron transfer complex between Photosystem I and Ferredoxin2017

    • Author(s)
      H. Tanaka, H. Kubota-Kawai, R. Mutoh, S. Pierre, M. Nowaczyk, M. Rogner, T. Ikegami, G. Kurisu
    • Organizer
      第55回生物物理学会年会
  • [Presentation] The dynamics of photosystem 2 and light-harvesting complex 2 in spinach grana membrane revealed by high-speed AFM2017

    • Author(s)
      R. Mutoh, T. Iida, D. Yamamoto
    • Organizer
      第55回生物物理学会年会
  • [Presentation] へリオバクテリア反応中心の初期電荷分離スピン相関解析ラジカル対の捕捉2017

    • Author(s)
      佃野弘幸、武藤梨沙、栗栖源嗣、大岡宏造、三野広幸
    • Organizer
      第56回電子スピンサイエンス学会年会(SEST2017)
  • [Presentation] 緑色硫黄細菌のRieskeタンパク質可溶性ドメインの構造と相互作用解析2017

    • Author(s)
      H. Kishimoto, R. Mutoh, H. Tanaka, G. Kurisu, H. Oh-oka
    • Organizer
      第8回光合成学会年会

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Published: 2018-12-17  

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