2017 Fiscal Year Research-status Report
近赤外光応答性uphill型光合成反応におけるカルシウムイオンの役割
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16K07295
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
木村 行宏 神戸大学, 農学研究科, 助教 (20321755)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 光合成細菌 / 光捕集タンパク質 / uphill型エネルギー移動 / カルシウム / 赤外分光法 / ラマン分光法 / 超高速分光法 / 熱量分析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
好熱性紅色光合成細菌Thermochromatium(Tch.) tepidumは他の紅色細菌よりも低エネルギーの近赤外光を利用して光合成を行っている。この特異的な性質は光捕集1(LH1)複合体から光合成反応の心臓部である光反応中心(RC)へのエネルギー勾配を遡るuphillエネルギー移動によるものであるが、その分子機構は不明である。本研究では、Tch. tepidum由来RCの構造に新たに見出されたCa2+に着目し、分光学的、熱力学的解析により、RCの構造安定化、エネルギー移動、電荷分離反応、キノン輸送におけるCa2+の役割、並びにTch. tepidum由来LH1-RCにおけるuphillエネルギー移動の分子機構を明らかにすることを目的としている。
今年度は昨年度に引き続き、(1)RCタンパク質の構造安定化におけるCa2+の役割検証、(2)Ca2+によるRCスペシャルペアの分光学的特性変化の解析、(3)LH1からRCへのuphillエネルギー移動の直接観測、(4)キノン分子の検出および移動経路のモニタリングを中心に研究を行った。(1)については高純度のRCを用いた測定が可能になり、Ca2+はCサブユニットをRCにつなぎとめる役割を担っており、RCの構造安定化に重要な役割を担っていることが判明した。(2)に関しては、光誘起赤外分光法を用いた解析を行い、Ca2+およびCサブユニットの存在が、スペシャルペアの配向状態に影響を及ぼしていることが強く示唆された。(3)についてはRCとLH1の大きなエネルギーギャップにも関わらず、他の紅色細菌と同様のエネルギー移動速度を示すこと、エネルギー移動の効率が高い可能性があることを示唆する結果が得られた。(4)では、キノンからキノールへの変化を検出することに成功し、各種同位体置換体を用いた解析によりキノン輸送メカニズムの解明に取り組んでいる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
既述のように、本研究では、(1)RCタンパク質の構造安定化におけるCa2+の役割検証、(2)Ca2+によるRCスペシャルペアの分光学的特性変化の解析、(3)LH1からRCへのuphillエネルギー移動の直接観測、(4)キノン分子の検出および移動経路のモニタリングを中心に研究を進めている。(1)については目標に到達しており、新しい知見が得られている。また、(2)についても測定は終了しており、(1)と(2)を合わせた結果を現在、投稿論文にまとめている段階である。(3)については測定がほぼ終了し、結果の一部は現在投稿中の論文に含まれている。(4)については同位体のキノンを用いた解析を行っているが、キノンの置換方法について予測と異なる結果が得られた。現在、異なる種由来のLH1-RCを用いてキノン/キノール変換をモニタリングしており、これらの結果を含めてキノン輸送の分子機構を検証する。
以上の経緯を踏まえ、本研究課題は概ね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
最近の研究報告(Yu et al. Nature 556, 209-213, 2018)により、RCに結合した金属カチオンはカルシウムイオンではなく、マグネシウムイオンであるとの報告がなされたことから、これまでカルシウム特異的と考えられていた現象は、マグネシウムイオンでも同様に観測される可能性がある。したがって、マグネシウムイオンの効果についても各種測定を行い、２価の金属イオンの役割という観点から本研究を遂行する必要がある。
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[Journal Article] C-Terminal Cleavage of the LH1 a-Polypeptide in the Sr2+-Cultured Thermochromatium tepidum2018
Author(s)
Y Kimura, Y.*, Kawakami, T., Arikawa, T., Yong Li, Yu, L.-J., Ohno, T., Madigan, M.T., and Wang-Otomo, Z.-Y.
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Journal Title
Photosynth. Res
Volume: 135
Pages: 23-31
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Probing Structure-Function Relationships in Early Events in Photosynthesis Using a Chimeric Photocomplex2017
Author(s)
Nagashima, V. P. K., Sasaki, M., Hashimoto, K., Takaichi, S., Nagashima, S., Yu, L.-J, Abe, Y., Goto, K., Kawakami, T., Takenouchi, M., Shibuya, S., Yamaguchi, A., Ohno, T., Shen, J.-R., Inoue, K., Madigan, M.T., Kimura, Y.* and Wang-Otomo, Z.-Y.
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Journal Title
Proc. Nat. Aca. Sci.
Volume: 114
Pages: 10906-10911
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Effects of Calcium Ions on the Thermostability and Spectroscopic Properties of the LH1-RC complex from a New Thermophilic Purple Bacterium Allochromatium tepidum2017
Author(s)
Kimura, Y.*, Lyu, S., Okoshi, A., Okazaki, K., Nakamura, N., Ohashi, A., Ohno, T., Kobayashi, M., Imanishi, M., Takaichi, S., Madigan, M. T., Wang-Otomo, Z.-Y.
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Journal Title
J. Phys. Chem. B
Volume: 121
Pages: 5025-5032
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] Spectroscopic and thermodynamic analyses of the LH1-RC complexes from a new thermophilic purple bacterium Allochromatium tepidum2017
Author(s)
Lyu, S., Imanishi, M., Nojima, S., Kobayashi, M., Ohno, T., Wang-Otomo, Z.-Y., and Kimura, Y.
Organizer
5th Awaji International Workshop on Electron Spin Science & Technology
Int'l Joint Research / Invited
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