2012 Fiscal Year Annual Research Report
酸素発生反応を安定化させる光化学系II表在性タンパク質の構造・機能・進化
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24370025
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
鞆 達也 東京理科大学, 理学部, 准教授 (60300886)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
野口 巧 名古屋大学, 理学(系)研究科, 教授 (60241246)
三野 広幸 名古屋大学, 理学(系)研究科, 准教授 (70300902)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 光合成 / 光化学系 / 酸素発生 / 表在性タンパク質 |
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| Research Abstract |
酸素は従属生物にとって必須の分子であり、光合成光化学系II複合体は水を分解し酸素を供給することに特徴を持つ。この反応は光化学系II表在性タンパク質によって安定化されており、表在性タンパク質が遊離すると酸素発生活性は劇的に減少する。また、表在性タンパク質はPsbOを除いて生物種ごとに多様性に富んでおり、シアノバクテリア以外では局在位置すら明らかになっていない。表在性タンパク質の機能・構造を解き明かすことが酸素の供給のみならず、光合成の進化の解明に繋がる。本年度は、渦鞭毛藻(Symbiodinium sp. OAH-1) Synechocystis sp. PCC6803、Thermosynechococcus elongatus BP-1、AcaryochlorismarinaMBIC11017、Cyanidium caldarium RK-1(紅藻)、Chaetoceros gracilis(珪藻)を材料として光化学系複合体の単離を試み活性を保持した標品の精製に成功した。また、Y. elongotes, C. caldariumの表在性タンパク質の大腸菌による大量発現系の構築に成功した。とりわけ、PsbQ'と呼ばれる第二次共生生物が獲得した光化学系IIの表在性タンパク質はその構造・機能が明らかになっていなかった。そのため、単離精製したT. elongatusの光化学系IIに大腸菌で大量発現させたC. caldariumのPsbQ'を再構成し、光化学系IIの酸化側の機能を光誘起差FT-IRの手法を用いて、また還元側の機能は第二次電子受容体であるQ_Aの電位より解析を行った。光誘起差FT-IRにおいて、水分解中心であるMn_4CaO_5クラスターのS_1→S_2状態の遷移に関する寄与はほとんど観測されなかったが、QAの電位はPsbQ'の結合により正へとシフトしていた。このことは、過剰な光に対する電子伝達逆反応において保護さよとして働いていると示唆された。
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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
種々の光合成生物から定常的に光化学系を単離精製する手法を確立し、また表在性たんぱく質の大腸菌を用いた大量発現系の構築に成功した。また、表在性タンパク質PsbQ'の機能に関しての知見が得られており、その位置に関してもESRを用いた手法により得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究分担者と物理化学的測定において協力をすすめ、生物の多様性を利用した光合成水分解系の解析を進める。また、光合成生物の酸素発生反応と環境応答を明らかにすることにより、生物による環境の多様性の維持を科学的に明らかにする。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
光合成酸素反応を原子レベルで解析を行うために、時間分解可能な装置のセットアップを行う。また、光化学系標品単離・精製のために生化学・分子生物学試薬の購入を行う。本研究で得られた成果報告を国際会議・学会等で行うため、旅費を使用する。
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