2015 Fiscal Year Research-status Report
構造に基づく理論的手法による光合成蛋白質におけるプロトン移動機構の解明
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26800224
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
斉藤 圭亮 東京大学, 先端科学技術研究センター, 講師 (20514516)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 蛋白質構造 / プロトン移動 / 理論計算 / 光合成 / 水分解反応 / 水素結合 / 水分子 / 光化学系II |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，蛋白質内で起こるプロトン移動の機構を蛋白質構造に基づく理論計算によって解明するための手法を具体的に示し，実践することである．対象とする蛋白質として光合成光化学系II(PSII)を扱う．PSIIは光エネルギーによる水分解反応を触媒する蛋白質であり，反応に伴って活性部位から水由来のプロトンが放出され蛋白質外部へと運ばれる．このプロトン移動を調べる．プロトンが，反応におけるどのタイミングで，どこからどこへ，どのような時間スケールで移動するのかを明らかにする．同時に，その機能を実現するために蛋白質環境のどの部分がどのように重要なのかを特定する．
蛋白質内において，水分子が連なって水素結合ネットワークを構築している部位はプロトン移動の経路となる可能性がある．しかし，そのような水分子の集団が蛋白質内に存在していても，そこで実際にプロトンが移動するかどうかは見ただけではわからない．そこで，計算により水分子を介してプロトン移動が起こるかどうかを明らかにする手法を前年度までに確立した．
平成２７年度は，この手法を実際にPSII蛋白質内に適用した．水分解が起こる触媒部位(MnCaクラスター)付近にみられる水分子の集団に対して，プロトン移動が可能かどうかを調べた．その結果，MnCaクラスターのある特定の部位(O4と呼ばれる酸素原子)近傍の水分子鎖においてのみ，プロトン移動が起こることが明らかになった．
このプロトン移動は，４段階からなる水分解反応の第一段階目に起こることも同時に明らかにした．このことにより，これまで全く不明であった水分解反応の分子機構の最初の段階が明らかなった．この成果により光合成のしくみを分子レベルで理解するという大きな目標へ一歩近づくことができた．
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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
前年度は代表者の異動に伴う研究室の移転などで，やや遅れをとっていたが，本年度は研究環境の整備が進み，研究の進捗は順調である．実際，上記の研究成果がハイインパクトなジャーナルであるNature Communications誌に発表されていることからも，このことが客観的に示されている．
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| Strategy for Future Research Activity |
４段階からなる水分解反応の分子機構のうち，第一段階目を明らかにしたので，今後は第二段階以降を明らかにしていきたい．
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| Causes of Carryover |
前年度，研究代表者に異動があり，研究場所を大阪から東京へ移転した影響により，予算の使用額が予定より少なかった．この減額分がそのまま繰り越されているため．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
研究の進捗状況は予定通り順調に進んでいるので，当初の予定額を使用する予定である．
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Research Products
(7 results)
