2020 Fiscal Year Final Research Report

Structural analysis of intermediate of Photosystem II using Cryo-EM

Research Project

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Project/Area Number	19K22396
Research Category	Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 43:Biology at molecular to cellular levels, and related fields
Research Institution	Okayama University
Principal Investigator	Akita Fusamichi 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (50751418)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	宮崎直幸筑波大学, 生存ダイナミクス研究センター, 助教 (00634677) 加藤公児岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 特任准教授 (30452428)
Project Period (FY)	2019-06-28 – 2021-03-31
Keywords	光合成
Outline of Final Research Achievements	In this project, PSII was purified from cyanobacteria and about 2,000 images were collected using CryoARM300 cryo-electron microscope. We analyzed the structure of PSII in solution by cryo-EM at a resolution of 1.95 angstrom.The resolution is almost same as the structure at a 1.9 angstrom by X-ray crystallography. In this map, the PsbY subunits at both sides of PSII appeared in complete form. Therefore, the cryo-EM map was considered to be closer to the in vivo state. However, PSII was damaged at the electron dose used for the measurement. Therefore, we recalculated the map by changing the number of image frames and reducing the electron dose, and succeeded in obtaining a map with less damage while maintaining the high resolution.
Free Research Field	構造生物学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	本課題では、当初予定していたマンガンクラスター中の原子の判別が可能な2.5オングストロームを超える1.95オングストロームのデータを収集することができた。PSIIに対して光照射を行ない、水分解・酸素発生中間体の構造変化を解析することはできなかったが、中間体の構造を解明するために必要な技術や損傷の少ないデータを得るなど、基盤となる結果が得られた。シアノバクテリアや植物などの光合成生物による光合成のメカニズムを解明することは、人工光合成などのエネルギー供給基盤を構築するために非常に重要である。本研究成果は、太陽光エネルギーを有効活用するための技術開発に重要な知見を与えると期待できる。