光合成の酸化的環境への適応機構

• 研究課題/領域番号: 09044231
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 共同研究
• 研究分野: 植物生理
• 研究機関: 東京都立大学
• 研究代表者: 松浦 克美 東京都立大学, 理学研究科, 助教授 (30181689)
• 研究分担者: COX Raymond オーデンセ大学, 助教授 ; MILLER Melle オーデンセ大学, 助教授 ; 三室 守 山口大学, 理学部, 教授 (40142004) ; 永島 賢治 東京都立大学, 理学研究科, 助手 (80264589) ; 嶋田 敬三 東京都立大学, 理学研究科, 助教授 (80112473) ; RAYMOND Cox オーデンセ大学, 助教授 ; METTE Miller オーデンセ大学, 助教授
• 研究期間 (年度): 1997 – 1998
• 研究課題ステータス: 完了 (1998年度)
• 配分額: 5,000千円 (直接経費: 5,000千円); 1998年度: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円); 1997年度: 2,900千円 (直接経費: 2,900千円)
• キーワード: 光合成 / 光エネルギー / 光合成細菌 / エネルギー移動 / 電子移動 / キノン / チトクロム

研究概要

光合成は嫌気的な環境で生まれ,その後酸化的な環境に適応する必要が生じた.本研究は,絶対嫌気性細菌のクロロビウムおよび通性嫌気性細菌のクロロフレクサスと紅色細菌を用いて,酸素分子による光合成色素間のエネルギー移動と電子伝達の調節機構を明らかにすることを目的とした.2年間にわたる日本,デンマーク,フランス,イタリアの研究者による国際共同研究により,以下の成果を得た.
(1) 緑色イオウ光合成細菌の光捕集器官であるクロロソームでは,環境中の酸素の有無により蛍光強度が10倍以上変化する現象が知られていた.この蛍光変化が電子移動反応の調節を通して酸素のある環境への適応機構となっていることを確かめるため,酸化還元条件を変化させたときの電子伝達反応を起こすための光強度を測定した.その結果,確かに適応機構であることが明らかとなった.(2)緑色糸状細菌では,酸素の有無により蛍光強度は基本的に変化しない.我々は,緑色イオウ細菌の蛍光強度変化の原因物質はある種のキノンであるという説を持ち,人工的なキノンと緑色糸状細菌を使ってそのことを確かめた.(3)蛍光強度変化の原因物質であると考えられるクロロビウムキノンとバクテリオクロロフィルcが直接相互作用することを強く示唆する実験結果を得た.(4)紅色光合成細菌の酸化還元環境への適応と光合成反応中心結合型チトクロムとの関係を明らかにするために,そのチトクロムの多様性を検索し,これまで知られていた4つのヘムではなく,3つのヘムを持つ種を発見した.この種は,酸素のある環境にも適応した種であり,それほど還元的でない環境が,チトクロムの変異をもたらした可能性が考えられた.

研究成果

• [文献書誌] Osyczka, A.: "Interaction site for soluble cytrochromes on the tetraheme cytochrome subunit bound to the bacterial photosynthetic reaction center mapped by site-directed mutagenesis." Biochemistry. 37. 11732-11744 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Frigaard, N.-U.: "Studies of the location and function of isoprenoid quinones in chlorosomes from green sulfur bacteria." Photosynthesis Research. 58. 81-90 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Osyczka, A.: "Interaction site for high-potential iron-sulfur protein on the tetraheme cytocdhrome subunit bound to the photosynthetic reaction center of Rubrivivax gelatinosus." Biochemistry. 38. 2861-2865 (1999)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Masuda, S.: "A new cytochrome subunit bound to the photosynthetic reaction center in the purple bacterium, Rhodovulum sulfidophilum." J. Biological Chemistry. 印刷中. (1999)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Osyczka, A., Nagashima, K.V.P., Sogabe, S., Miki, K., Yoshida, M., Shimada, K.and Matsuura, K.: "Interaction site for soluble cytrochromes on the tetraheme cytochrome subunit bound to the bacterial photosynthetic reaction center mapped by site-directed muagenesis." Biochemistry. 37. 11732-11744 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Figaard, N.-U., Matsuura, K., Hirota, M., Miller, M.and Cox, R.P.: "Studies of the location and function of isoprenoid quinones in chlorosomes from green sulfur bacteria." Photosyn.Res. 58. 81-90 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Osyczka, A., Nagashima, K.V.P., Shimada, K.and Matsuura, K.: "Interaction site for high-potential iron-sulfur protein on the tetraheme cytocdhrome subunit bound to the photosynthetic reaction center of Rubrivivax gelatinosus." Biochemistry. 38. 2861-2865 (1999)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Masuda, S., Yoshida, M., Nagashima, K.V.P., Shimada, K.and Matsuura, K.: "A new cytochrome subunit bound to the photosynthetic reaction center in the purple bacterium, Rhodovulum sulfidophilum." J.Biol.Chem.(in press). (1999)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Frigaard,N.-U.: "Studies of the location and function of isoprenoid quinones in chlorosomes from green sulfur bacteria." Photosynthesis Research. 58. 81-90 (1998)
• [文献書誌] Masuda,S: "A new cytochrome subunit bound to the photosynthetic reaction center in the purple bacterium,Rhodovulum sulfidophilum." J.Biological Chemistry. (印刷中). (1999)
• [文献書誌] Hanada, S.: "Porphyrobacter tepidarius sp.nov.,amoderately thermophylic aerobic photosythetic bacterium isolated from a hot spring." Int.J.Syst.Bacteriol.47. 408-413 (1997)
• [文献書誌] Frigaard, N.-U.: "Quinones in chlorosomes of green sulfur bacteria and their role in the redox-dependent fluorescence studied in chlorosome-like bacteriochlorophyllc aggregates." Arch.Microbiol.167. 343-349 (1997)
• [文献書誌] Osyczka, A.: "Electron transfer from high potential iron-sulfur protein and low potential cytochrome c-551 to the primary donor of Rubrivivaxgelatinosusreaction center mutationally devoid of the bound cytochrome subunit." Biochim.Biophys.Acta. 1231. 93-99 (1997)
• [文献書誌] Nagashima, K.V.P.: "Horizontal transfer of genes coding for the photosynthetic reaction centers of purple bacteria." J.Mol.Evol.45. 131-136 (1997)