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2020 Fiscal Year Annual Research Report

プロトン駆動力制御に伴う光合成タンパク質構造動態変化の高速AFMによる解析

Publicly Offered Research

Project AreaNew Photosynthesis : Reoptimization of the solar energy conversion system
Project/Area Number 19H04736
Research InstitutionFukuoka University

Principal Investigator

山本 大輔  福岡大学, 理学部, 教授 (80377902)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2021-03-31
Keywords光合成 / 走査プローブ顕微鏡 / 原子間力顕微鏡 / 生物物理 / タンパク質
Outline of Annual Research Achievements

チラコイド膜内に存在する光合成膜タンパク質の構造ダイナミクスをナノメートル程度の空間分解能で直接観察するため、高速原子間力顕微鏡測定を行った。主に高等植物において光合成の初期反応を担うグラナ膜に局在するPSIIを対象に研究を行った。その結果、(1)グラナ膜内でPSIIが側方拡散する様子ならびに、(2)PSIIとそれに結合したLHCIIより形成される複合体(PSII-LHCII超複合体)を1分子レベルで直接観察することに成功した。
(1)PSII二量体同士で結合したり解離したりしながらグラナ膜内を側方拡散する様子を観察することができた。グラナ膜に存在するPSIIは環境の光強度によって吸収した光エネルギーの変換効率を調節することが知られている。今後異なる光環境のもとでPSII間の結合解離ダイナミクスを解析することで、PSIIの膜内構造ダイナミクスとエネルギー変換調節機能との相関について新しい知見を得ることができると期待される。
(2)PSIIは水を分解し酸素を発生するタンパク質であり、PSIIに結合するLHCIIは集めた光エネルギーをPSIIへ渡す役割を担っている。高速原子間力顕微鏡測定により、PSIIとそこに4個のLHCIIが結合したPSII-LHCII超複合体構造を、グラナ膜内に存在する状態で直接観察することに成功した。これまでにクライオ電子顕微鏡によって明らかにされたPSII-LHCIIの構造と比較したところ、超複合体の全体構造は一致していた。さらに、超複合体に含まれるCP26などのタンパク質も高速原子間力顕微鏡で観察できるていることも明らかになった。この結果は、光合成膜タンパク質のその場1分子構造解析が可能であることを示唆している。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (2 results)

All 2021 2020

All Presentation (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Presentation] 高速原子間力顕微鏡によるチラコイド膜内構造の1分子観察2021

    • Author(s)
      山本大輔
    • Organizer
      第62回日本植物生理学会年会
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 原子間力顕微鏡及び距離制御方法2020

    • Inventor(s)
      山本大輔
    • Industrial Property Rights Holder
      福岡大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2020-130552

URL: 

Published: 2021-12-27  

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