光合成を利用したバイオテクノロジーによる水素生産技術の研究開発

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21612007
• Research Institution: Ehime University
• Principal Investigator: 杉浦 美羽 Ehime University, 無細胞生命科学工学研究センター, 准教授 (80312255)
• Keywords: 光合成電子伝達系 / 光化学系II / 酸素発生 / 副次的電子移動 / 好熱性ラン藻 / 部位特異的変異

Research Abstract

本研究では、光合成微生物である好熱性ラン藻にH^+を水素に還元する酵素遺伝子を導入して機能的に発現させることを目的として、本年度は、第一の反応を担う水の酸化メカニズムを分子レベルで明らかにすること、および、発現させたタンパク質を目的の場所で機能する系を確立した。
まず、水の酸化機構については、その触媒中心であるMn_4Caクラスターに配位していると考えられるDl-His332をAlnおよびGlnに置換した好熱性ラン藻の部位特異的変異株を作製して解析を行った。その結果、このアミノ酸は水の酸化中間体のなかでも、特に水分子の取り込みに大きく関与していることが明らかになった。更に、水の速度が速くなる変異株について詳細に調べたところ、電子伝達速度の律速段階になっている電子受容体周辺の構造が変化し、その電子受容体の酸化還電位が変わっていることが明らかになった。
目的遺伝子の目的の場所での発現系を確立するために、発現制御に適したプロモータを探索し、検出しやすいレポータータンパク質(重金属結合タンパク質)に光化学系IIの表在性タンパク質のチラコイド膜輸送シグナルを連結して好熱性ラン藻における発現場所を調べた。その結果、重金属結合タンパク質が構造を維持して機能的に発現し、目的の場所であるチラコイドルーメンに輸送されてプロセシングを受けることが確認された。

Research Products

• [Journal Article] D1 protein variants in Photosystem II from Thermosynechococcus elongatus studied by low temperature optical spectroscopy (2010)
  • Author(s): Hughes, J.L, Nichola, C., Rutherford, A.W., Krausz, E., Lai, T.-L., Boussac, A., Suguira, M.
  • Journal Title: Biochim.Biophys.Acta(Bioenergetics) 1797 Pages: 11-19
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hydrogen bond interactions of the pheophytin electron acceptor and its radical anion in photosystem II as revealed by Fourier transform infrared difference spectroscopy (2010)
  • Author(s): Shibuya, Y, Takahashi, R., Okubo, T., Suzuki, H., Sugiura, M., Noguchi, T.
  • Journal Title: Biochemistry 49 Pages: 493-501
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photoelectron generation by photosystem II core complexes tethered to gold surfaces (2010)
  • Author(s): Vittadello, M., Gorbunov, M.Y., Mastrogiovanni, D.T., Wielunski, L.S., Garfunkel E.L., Guerrero F., Kirilovsky D., Sugiura, M., Rutherford, A.W., Safari A., Falkowski, P.G.
  • Journal Title: Chem Sus Chem (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Energetics in Photosystem II from Thermosynechococcus elongatus with a D1 protein encoded by either the psbA_1 or psbA_3 gene (2010)
  • Author(s): Sugirua, M., Kato, Y., Takahashi, R., Suzuki, H., Watanabe, T., Noguchi, T., Rappaprot, F., Boussac, A.
  • Journal Title: Biochim.Biophys.Acta(Bioenergetics) (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Psb30 contributes to structurally stabilise the Photosystem II complex in the thermophilic cyanobacterium Thermosynechococcus elongatus (2010)
  • Author(s): Sugiura, M., Harada, S., Manabe, T., Hayashi, H., Kashino, Y., Boussac, A.
  • Journal Title: Biochim.Biophys.Acta(Bioenergetics) (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 酸素発生型光合成微生物による光-水素生成 (2009)
  • Author(s): 杉浦美羽
  • Journal Title: 新エネルギーの開発の現状と将来特集、KEC情報(関西電子工業振興センター発刊 208 Pages: 28-31
• [Journal Article] Probing the coupling between proton and electron transfer in Photosystem II core complexes containing a 3-fluorotyrosine (2009)
  • Author(s): Rappaport, F.Boussac, A., Force, D.A., Peloquin, J., Brynda, M., Sugiura, M., Un, U., Britt, R., Diner, B.
  • Journal Title: J.Am.Chem.Soc. 131 Pages: 4425-4433
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Complete EPR spectrum of the S3-state of the oxygen-evolving Photosystem II (2009)
  • Author(s): Boussac, A., Sugiura, M., Rutherford, A.W., Dorlet, P.
  • Journal Title: J.Am.Chem.Soc. 131 Pages: 5050-5051
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Monitoring proton release during photosynthetic water oxidation in photosystem II by means of isotope-edited infrared spectroscopy (2009)
  • Author(s): Suzuki, H., Sugiura, M., Noguchi, T.
  • Journal Title: J.Am.Chem.Soc. 131 Pages: 7849-7857
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evidence that D1-His332 in Photosystem II from Thermosynechococcus elongatus interacts with the S_3-state and not with the S_2-state (2009)
  • Author(s): Sugiura, M., Rappaport, F., Hillier, W., Dorlet, P., Ohno, Y., Hayashi, H., Boussac, A.
  • Journal Title: Biochemistry 48 Pages: 7856-7866
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spectroelectrochemical determination of the redox potential of Pheophytin a, the primary electron acceptor in Photosystem II (2009)
  • Author(s): Kato, Y., Sugiura, M., Oda, A., Watanabe, T.
  • Journal Title: Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A. 106 Pages: 17365-17370
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural coupling of a tyrosine side chain with the non-heme iron center in Photosystem II as revealed by light-induced Fourier transform infrared difference spectroscopy (2009)
  • Author(s): Takahashi, R., Boussac, A., Sugiura, M., Noguchi, T.
  • Journal Title: Biochemistry 48 Pages: 8994-9001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hydrogen bond interactions of the pheophytin electron acceptor and its radical anion in photosystem II as revealed by Fourier transform infrared difference spectroscopy (2009)
  • Author(s): Shibamoto, T., Kato, Y., Sugiura, M., Watanabe, T.
  • Journal Title: Biochemistry 48 Pages: 10682-10684
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 分光電気化学計測による光化学系II電子伝達分子のエネルギー準位相関の解明 (2010)
  • Author(s): 加藤祐樹, 芝本匡雄, 杉浦美羽, 渡辺正
  • Organizer: 第90回 日本化学会春季年会
  • Place of Presentation: 近畿大学
  • Year and Date: 20100326-20100329
• [Presentation] 1064nm励起顕微ラマン分光法によるシアノバクテリアの in vivo 測定 (2010)
  • Author(s): 安藤正浩, 杉浦美羽, 林秀則, 浜口宏夫
  • Organizer: 第90回 日本化学会春季年会
  • Place of Presentation: 近畿大学
  • Year and Date: 20100326-20100329
• [Presentation] D1:1とD1:3で構成される Thermosynechococcus elongatus の光化学系II複合体の分子構造と機能の比較 (2010)
  • Author(s): 杉浦美羽, Fabrice Rappaport, 加藤祐樹, Alain Boussac
  • Organizer: 第51回 日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 熊本大学
  • Year and Date: 20100318-20100321
• [Presentation] Psb30はPSII複合体において構造の安定保持を担う (2010)
  • Author(s): 原田紗代, Alain Boussac, 林秀則, 杉浦美羽
  • Organizer: 第51回 日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 熊本大学
  • Year and Date: 20100318-20100321
• [Presentation] 光化学系IIにおけるチロシンY_ZとD1-H190の相互作用 (2010)
  • Author(s): 高橋亮太, 杉浦美羽, Alain Boussac, 野口巧
  • Organizer: 第51回 日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 熊本大学
  • Year and Date: 20100318-20100321
• [Presentation] 分光電気化学的手法による光化学系II第一キノン電子受容体Q_Aの酸化還元電位計測 (2010)
  • Author(s): 芝本匡雄, 加藤祐樹, 杉浦美羽, 渡辺正
  • Organizer: 第51回 日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 熊本大学
  • Year and Date: 20100318-20100321
• [Presentation] Thermosynechococcus elongatus の光化学系II一次電子受容体フェオフィチンaの酸化還元電位:コアタンパク質D1:1とD1:3の違いが電位に及ぼす影響について (2010)
  • Author(s): 加藤祐樹, 杉浦美羽, 渡辺正
  • Organizer: 第51回 日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 熊本大学
  • Year and Date: 20100318-20100321
• [Presentation] 異なるアミノ酸を持つ反応中心タンパク質で構成される光化学系II複合体のエネルギー論的な比較 (2009)
  • Author(s): 杉浦美羽, Fabrice Rappaport, 加藤祐樹, Alain Boussac
  • Organizer: 日本生体エネルギー研究会第35回討論会
  • Place of Presentation: 旭川医科大学
  • Year and Date: 20091218-20091220
• [Presentation] 異なる反応中心D1タンパク質で構成された光化学系II複合体タンパク質の分子構造と光合成機能 (2009)
  • Author(s): 杉浦美羽
  • Organizer: 2009年 日本化学会西日本大会
  • Place of Presentation: 愛媛大学
  • Year and Date: 20091107-20091108
• [Presentation] 好熱性ラン藻のD1:3は恒常的に発現しているD1:1よりも安定な光化学系II複合体を構成する (2009)
  • Author(s): 杉浦美羽, 原田紗代, 岩井恵理, 真鍋敬, 林秀則, Alain Boussac
  • Organizer: 第47回生物物理学会年会
  • Place of Presentation: アスティ徳島
  • Year and Date: 20091030-20091101
• [Presentation] 分光電気化学的手法により計測した光化学系IIフェオフィチンaの酸化還元電位 (2009)
  • Author(s): 加藤祐樹, 杉浦美羽, 渡辺正
  • Organizer: 第47回生物物理学会年会
  • Place of Presentation: アスティ徳島
  • Year and Date: 20091030-20091101
• [Presentation] QA再構成とFTIR解析によるPSIIにおける第一電子受容体QAの分子間相互作用の解析 (2009)
  • Author(s): 梢雄多, 高野晃, 杉本育代, 鈴木博行, 杉浦美羽, 高橋裕一郎, 野口巧
  • Organizer: 第47回生物物理学会年会
  • Place of Presentation: アスティ徳島
  • Year and Date: 20091030-20091101
• [Presentation] Influence of D1-H332, a ligand to the Mn_4Ca-cluster, in the water oxidation mechanism of the oxygen-evolving Photosystem II enzyme (2009)
  • Author(s): Miwa Sugiura, Yohei Ohno, Fabrice Rappaport, Hiroyuki Suzuki, Takumi Noguchi, Hidenori Hayashi, Alain Boussac
  • Organizer: The 14^<th> International Conference on Biological Inorganic Chemistry
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 20090725-20090730
• [Presentation] Metallothioneins expressed in the lumen and stroma of thylakoids of a thermophilic cyanobacterium Thermosynechococcus elongatus (2009)
  • Author(s): Hiroshi Nakano, Takashi Manabe, Hidenori Hayashi, Miwa Sugiura
  • Organizer: The 14^<th> International Conference on Biological Inorganic Chemistry
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 20090725-20090730
• [Presentation] Hydrogen bond network around the non-heme iron in Photosystem II (2009)
  • Author(s): 高橋亮太, 杉浦美羽, Alain Boussac, 野口巧
  • Organizer: The 14^<th> International Conference on Biological Inorganic Chemistry
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 20090725-20090730
• [Presentation] FTIR detection of the DOD bending vibrations of water molecules involved in the photosynthetic water oxidation (2009)
  • Author(s): 鈴木博行, 杉浦美羽, 野口巧
  • Organizer: The 14^<th> International Conference on Biological Inorganic Chemistry
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 20090725-20090730
• [Presentation] Affinity of structurally modified metalothionein to heavy metals (2009)
  • Author(s): Shin-ichi Takeuchi, Miwa Sugiura, Hidenori Hayashi
  • Organizer: The 14^<th> International Conference on Biological Inorganic Chemistry
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 20090725-20090730
• [Presentation] Recent Progress in the Photosytem II enzyme (2009)
  • Author(s): 杉浦美羽
  • Organizer: Seminar in CEA Saclay, Service de Bioenergetique, Biologie Structurale et Mecanismes
  • Place of Presentation: CEA Saclay, France
  • Year and Date: 2009-09-09