光合成の電子移動におけるMg,Zn,Feの役割

• 研究課題/領域番号: 09235235
• 研究種目: 重点領域研究
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 岡崎国立共同研究機構
• 研究代表者: 伊藤 繁 岡崎国立共同研究機構, 基礎生物学研究所, 助教授 (40108634)
• 研究期間 (年度): 1997
• 研究課題ステータス: 完了 (1997年度)
• 配分額: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円); 1997年度: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
• キーワード: 光合成 / 電子移動 / 反応中心 / 光化学反応 / クロロフィル / キノン / 蛋白質 / 進化

研究概要

光合成反応におけるMg,Zn,Feの役割を検討した。好気好酸性細菌Acidiphilium(A.)rubrumが、これまでに知られるMg型クロロフィルとは異なる、Zn型バクテリオクロロフィルa(Zn-BChla:正式名称としてはZn-バクテリオフェオフィチン)を持ち、高い光合成活性を示すことを確認した。この常識を覆すZn型光合成と、既知のMg型光合成とを比較した。
pH2.5-6.0の酸性条件下で好気・暗所で従属栄養的にZn-BChlを生産し、光照射で紅色細菌型の光合成と炭酸固定を行うA.rubrumの膜標品および反応中心標品の吸収スペクトルは紅色光合成細菌に比べて5〜15nm短波長シフトし、きれいなピンク色を示した。細胞は13:2:1のZn-BChla:Mg-BChla:BPhea(=金属を持たないバクテリオフェオフィチン)比をもち、膜標品にするとMg-BChlが殆ど消失した。単離反応中心複合体にはMg-BChlは含まれず、Zn-BChlaとBPheaのみが含まれていた。Znは膜に選択的に存在することが示された。膜内の反応中心複合体の電子供与体(バクテリオクロロフィル2量体)の酸化還元電位はZnでもMgでも変わらなかった。人口光合成系では従来からMgよりも安定なZn-ポルフィリンや、人口キノンが使われてきたが、Zn-BChlを使う光合成系の発見は、原始光合成系がZn-ポルフィリンで始まった可能性も示唆する。緑色細菌のヘムについても検討し、電子移動と、タンパク質構造の進化を検討した。

研究成果

• [文献書誌] 伊藤 繁: "地球を変えた光合成" 日本物理学会誌. 53(2). 100-106 (1998)
• [文献書誌] Itoh,S.et al.: "Accumulation of Fe,Cr and Ni metals inside cells of acidophilic bacterium Acidiphilium rubrum that produced Zn containing bacteriochlorophyll a." Plant and Cell Physiology. (in press.). (1998)
• [文献書誌] Ohoka,H.et al.: "Viscosity dependence of the electron transfer rate from bound cytochrome c to P840 in the photosynthetic reaction center of a green sulfur bacterium Chlorobium tepidum." Biochemistry. 36. 9267-9272 (1997)
• [文献書誌] Tomo,T.et al.: "Topology of pigments in the isolated photosystem II reaction center studied by selective extraction." Biochimica Biophysica Acta. 1321. 21-30 (1997)
• [文献書誌] Dzuba,S.A.et al.: "Electron spin echo of spin-polarized radical pairs in the intact and quinone-reconstituted plant photosystem I reaction centers." Chemical Physics Letters. 264. 238-244 (1997)
• [文献書誌] Hara,H.et al.: "The distance between P680 and Q_A in Photosystem II determined by ESEEM spectrocscopy." Biochimica Biophysica Acta. 1322. 77-85 (1997)