2021 Fiscal Year Annual Research Report
Analysis of the molecular evolution of photosynthetic CO2-fixing pathway
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19K22281
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
蘆田 弘樹 神戸大学, 人間発達環境学研究科, 准教授 (50362851)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | RuBisCO / カルビンサイクル / アーキア |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光合成を行わないメタン生成アーキアが有する光合成カルビンサイクルの進化的原型代謝回路の機能解析を行うため、この代謝回路で中心的働きをするCO2固定反応を触媒するRuBisCOの酵素学的特性を解析した。前年度までに、メタン生成アーキアRuBisCOのカルボキシラーゼ反応における、CO2に対するミカエリスメンテン定数、CO2/02反応比特異性係数を解析し、光合成RuBisCOと比較するとともに、この酵素がメタン生成アーキアにおいてCO2固定に寄与できる可能性を明らかにしていた。そこで、今年度は、さらなる酵素学的特性の解析を行った。メタン生成アーキアRuBisCOの大腸菌発現系を構築し、アフィニティータグ精製を行ったリコンビナントRuBisCOを用いて、Native-PAGEおよびゲルろ過クロマトグラフィーによる多量体構造を解析した。その結果、このRuBisCOはホモ10量体構造であることが示唆され、他のメタン生成アーキアRuBisCOと同じ構造であった。さらに、RuBisCOカルボキシラーゼ反応の基質であるリブロース-1,5-ビスリン酸に対するミカエリスメンテン定数を解析した。その結果、このメタン生成アーキアRuBisCOの値は、植物RuBisCOの120倍、シアノバクテリアRuBisCOの9.5倍、光合成細菌RuBisCOの3倍と高く、リブロース-1,5-ビスリン酸に対する親和性がこれまでに報告されているRuBisCOと比較して非常に低いことが明らかになった。また、RuBisCOが触媒能を発揮するためには、触媒残基201番のリジン残基が基質とは異なるCO2によってカルバミル化される活性化が必要であるため、この活性化を光合成RuBisCOと比較した。その結果、メタン生成アーキアRuBisCOの活性化には光合成RuBisCOよりも長時間を要することが明らかになった。
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