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2021 Fiscal Year Annual Research Report

Molecular Structure of Intermediates in Oxygen Evolving Complex with Spin Conversion

Publicly Offered Research

Project AreaCreation of novel light energy conversion system through elucidation of the molecular mechanism of photosynthesis and its artificial design in terms of time and space
Project/Area Number 20H05096
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

三野 広幸  名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (70300902)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2022-03-31
KeywordsEPR / 酸素発生系 / 光合成 / 光化学系II / マンガンクラスター
Outline of Annual Research Achievements

光合成酸素発生は光合成系IIタンパク質複合体中のマンガンクラスターで行われる。マンガンクラスターは4つのマンガン(Mn1-4), 5つの酸素(O1-5)とカルシウムから構成されている。マンガン間は酸素原子で架橋されているが、Mn1,Mn4とラベルされたマンガン間の結合長が長く分子構造が不安定である。Mn1とMn4の間の酸素原子O6がいずれのMnに近いかによる2つの異性体構造が存在するとされている。酸素発生反応の過程では5つの中間状態(S0-S4)が存在し、これまでの定説ではS2状態には低スピンg=2と g~4高スピンg≧4の2状態が2つの異性体構造に対応するとされてきた。本研究ではこれらの異性体以外に新たにg=5をもつ S2中間体が存在し、機能に関わることを発見した。 g=5信号は数10本からなる対称性の高いおよそ30 G間隔の超微細相互作用分離からなる信号である。本研究では4つのマンガン間の相互作用の大きさを定量的に評価をおこなった。g=5状態はS=5/2またはS=7/2の高スピン状態と考えられ、これまで考えられてきた構造とは大きく異なることがわかった。また、超微細構造ももたずg値もやや小さくははあるものの、先行研究でg=4信号と解釈されてきた信号の中にg=5状態が混在していることがわかった。これは低スピンg=2と高スピンg≧4として構造を2分類してきたこれまでの通説を否定するものである。また、g=5状態の形成要因としてマンガンクラスター周辺の電荷による構造ひずみであることを明らかにした。g=5状態をS2-S3状態の中間的なS2構造と提案して異性体の構造モデルを構築した。更に、g=5状態の、熱力学的安定性を正確に評価することによりスピン状態によって異なるS2異性体のエネルギー準位の評価を行った
。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (6 results)

All 2022 2021

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Temperature dependence of the formation of the g~5 EPR signal in the oxygen evolving complex of photosystem II2022

    • Author(s)
      H.Mino
    • Journal Title

      Photosynthesis research

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1007/s11120-022-00916-9

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Location of two Mn2+ affinity sites in photosystem II detected by pulsed electron electron double resonance2021

    • Author(s)
      H.Mino and M.Asada
    • Journal Title

      Photosynthesis research

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1007/s11120-021-00885-5

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 酸素発生系中間状態 g= 5 S2状態の熱的安定性2021

    • Author(s)
      三野広幸
    • Organizer
      第59回生物物理学会年会
  • [Presentation] Molecular Structure of the S2 State with a g = 5 Signal in the Oxygen Evolving Complex of Photosystem II2021

    • Author(s)
      三野広幸
    • Organizer
      22nd International Society of Magnetic Resonance Conference 9th Asai-Pacific NMR Symposium (ISMAR -APNMR),
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Electron Transfer onfor Tyrosine YZ in Plant Photosystem II Detected by High Frequency Modulation"2021

    • Author(s)
      鷲見樹,三野広幸
    • Organizer
      22nd International Society of Magnetic Resonance Conference 9th Asai-Pacific NMR Symposium (ISMAR -APNMR),
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] g~5 EPR 信号をもつ酸素発生系S2中間状態の形成2021

    • Author(s)
      三野広幸, 田口翔太, Liangliang Shen, Guangye Han, 梅名泰史, 沈建仁, 野口巧
    • Organizer
      第62回日本植物生理学会年会

URL: 

Published: 2022-12-28  

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