2022 Fiscal Year Research-status Report
Structural analysis of metal Inhibition Mechanisms in Photosystem II
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22K06100
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
梅名 泰史 名古屋大学, シンクロトロン光研究センター, 准教授 (10468267)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 金属阻害 / 光合成蛋白質 / 結晶構造解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度はターゲットとする光化学系II蛋白質(PSII)に光エネルギーを供給する、アンテナ蛋白質フィコシアニン(PC)に水銀イオンと鉛イオンの結合構造を決定した。その結果、３つの色素分子フィコシアノビリンの内の１つが、水銀イオンを取替囲むように大きく構造変化することが初めて明らかになり、それに伴って蛋白質構造も大きく変化することが明らかになった。
一方、鉛イオンはサブユニット蛋白質境界の表面に結合するだけで蛋白質構造に大きな影響を及ぼさず、また色素分子への影響も少ないことがわかった。このことは、過去の研究報告から、水銀イオンによってPCの吸収スペクトルの最大値が減少するが、一定以下には下がらない事が知られており、１分子のフィコシアノビリンが崩れるが他の２つには影響を受けないことから、阻害機能と構造との相関が明らかになった。また、鉛イオンは水銀イオンほど吸収スペクトルに影響を及ぼさない要因も、色素分子への結合しないことから明らかになった。しかし、PCは有害金属のスカベンジャーとして報告されていることから、水銀イオンは色素分子によって、鉛イオンは蛋白質-蛋白質界面に取り込むことで金属を取り込む機構を結晶構造から明らかにすることができた。
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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
光合成蛋白質のフィコシアニンに重金属の水銀イオンと鉛イオンが結合した構造を初めて解明し、これまで生化学的な実験と分光学的な実験により、阻害機構が推察されていた現象を初めて、立体構造に基づいて議論することができたためである。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は、光化学系II蛋白質（PSII)の結晶試料の調製に難航しためて、PSIIと生体内で結合しているアンテナ蛋白質の重金属イオンによる結晶構造を解明したが、次年度は本来の目的のPSIIを対象に重金属イオンの結晶構造解析を目指した研究をすすめる。そして、複数の重金属イオン結合構造から、PSIIの電子伝達機構を阻害する重金属イオンの阻害様式を立体構造に基づいて解明することをめざす。
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| Causes of Carryover |
本年度の研究では試料調製の最適化に重点がおかれ、既存の試薬などで対応ができた。また、放射光施設での実験に至らないこともあり、次年度以降jに予算を繰り越して、研究を継続する計画である。
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