2022 Fiscal Year Annual Research Report
Structural analysis of the oxygen evolving center of photosystem II to gain insights into the water splitting reaction
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20H03226
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
菅 倫寛 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 教授 (60634920)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中島 芳樹 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 特任助教 (60847052)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 光合成 / 膜タンパク質 / X線自由電子レーザー / 光化学系II / 水分解反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光合成における水分解・酸素発生反応は光エネルギーを利用して水からプロトンと電子と酸素分子に分ける反応であり、光化学系II（PSII）内部のMn4CaO5クラスターが酸化状態を5段階（S0状態からS4状態へ）に順次変化させて触媒する。このうち，中間体S2状態は電磁性共鳴法により区別されるスピン状態の異なる2つの状態があることが古くから知られているが，結晶構造解析されたのはスピン状態がS=1/2のもののみであり，スピン状態がS=5/2のものは解析されていない。そこで本研究ではPSIIのS=5/2のS2状態を調製して構造解析することを目指してきた。
令和3年度までに中間体状態を得ることを目的として，溶液のpHをアルカリ状態（pH 9以上）にしたものを調製し、固定ターゲット法を用いて回折実験を行った。回折データはCC1/2を基準として、2Aに近い高分解能のデータを取得することに成功した。そこで最終年度はこれらのデータセットの構造解析を進めた。解析の結果，溶液状態がアルカリ状態に変化したことに伴う立体構造の変化を確認することができた。また光励起によって反応中間体へと遷移したことを、S2状態で不安定になることが知られている特定の水分子の挙動から確認した。プロトン排出経路の候補と考えられる水チャネルにおいては酸性アミノ酸に構造変化が見られた。このことは高pH状態を反映していると考えられ、構造変化したところがプロトン排出チャネルとして働くことが示唆された。
これらの成果はちかいうちにとりまとめ、国際学会での発表および投稿論文にて発表する予定である。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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