再構成法による光合成光化学系II(PSII)の光電荷分離と水分解機構の分子論的研究

1988 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 61430028
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 豊島 喜則 広島大学, 総合科学部, 教授 (60013166)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 椎名 隆 広島大学, 総合科学部, 助手 (10206039) ; 赤堀 興造 広島大学, 総合科学部, 助教授 (80034578)
• Keywords: 光化学反応中心IIチトクロームb_<559> / 環状電子移動 / Q_A / 5.1k 蛋白質

Research Abstract

高等植物の光合成光化学系II(PSII)の光化学反応中心を結合するD_1、D_2蛋白質は、紅色光合成細菌の光化学反応中心を形成するL、M蛋白質に対応し、両者に結合している補欠分子の組成は基本的には同じであると推測されている。しか前者の場合、反応中心複合体にはD_1、D_2以外にも多種の蛋白質が含まれているが、それらの役割は明らかにされいない。本年度はこれらのサブユニット蛋白質のうち、第一電子受容体(Q_A)の機能発現に必須の蛋白質の同定の D_1、D_2に強固に結合しているb型チトクローム(Cyt b_<559>)の役割に焦点を合わせて研究し、以下の成果を得た。
(1) Cytb_<559>は細菌の光化学反応中心には存在せず、その役割のみならず化学量論も明確にされていなかった。本研究では、まずCytb_<559>は光化学反応中心あたり1分子結合していることを明らかにした。次いで光化学反応中心励起に伴うCytb_<559>の還元と酸化の速度を独立に測定し、特殊な条件下で起るCytb_<559>を通しての環状電子移動の経路を明らかにした。
(2) PSIIの光化学反応中心を形成する主要な補欠分子はD_1、D_2もしくは両者の間に局在している。しかしPSIIを界面活性剤を用いて、D_1/D_2/Cytb_<559>複合体まで解体すると、Q_Aへの電子移動活性は消失し、安定な光電荷分離能を示さなくなる。本研究では、界面活性剤によりPSIIから解離した成分を高速液体クロマトにより分離した後、種々の組合せで再構成することにより、Q_A機能の回復に必須の蛋白質成分の同定を試みた。この目的達成のため、Q_A機能の再構成の方法を検討し、50%以上の回復率を示す再構成法を見い出した。さらにこの方法を利用して、Q_Aの機能発現にはD_1D_2Cytb_<559>の外に、最低2種の蛋白質が必要であることを明らかにし、そのうちの一つの最有力候補として、分子量5100の蛋白質をつきとめた。他の必須成分としては、43,000蛋白質の可能性が高い。

Research Products

• [Publications] T.Takeda;S.Ueno;S.Komura;K.Akabori;Y.Toyoshima: Dynamics of ordering processes in condensed mater. Ed.by S.Komura ＆ H.Furukawa. Plenum Publishing Co.543-548 (1988)
• [Publications] A.Miyazaki;T.Shiina;Y.Toyoshima;K.gounaris;J,Barber: Biochim.Biophys.Acta. (1989)
• [Publications] T.Nagatuka;K.Akabori;Y.Toyoshima: Biochim.Biophys.Acta. (1989)
• [Publications] A.Miyazake;Y.Kobayashi;K.Akabori;Y.Toyoshima: Biochim.Biophys.Acta. (1989)