形質転換緑藻クラミドモナスを用いた光化学系IIの構造と機能の解析

• 研究課題/領域番号: 13740467
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 植物生理
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 皆川 純 北海道大学, 低温科学研究所, 助教授 (80280725)
• 研究期間 (年度): 2001 – 2002
• 研究課題ステータス: 完了 (2002年度)
• 配分額: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円); 2002年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2001年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
• キーワード: 部位特異的変異 / 光合成 / 緑藻 / クラミドモナス

研究概要

光化学系II酸素発生部位の詳細な解析のため、緑藻C. reinhardtiiを用い、D2タンパク質のTyr-162(いわゆるTyrD)の欠失変異株を作製した。まずPELDOR(Pulsed Electron DOuble Resonance)法により構造を解析した。TyrDを欠失したことにより単独のラジカルとして測定が可能となったTyrZ(活性チロシン残基である)と第一電子受容キノンであるQAとの距離は、34.5±1Åと決定した。
次に、P680+の再還元キネティクスの詳細な解析を、ヒスチジンタグ付与野生株とヒスチジンタグ付与TyrD欠失変異株より精製した光化学系II粒子を用いて行い、以下の知見を得た。(1)ヒスチジンタグ付与野生株とホウレンソウとでは、本質的に同等のキネティクスが得られた。(2)TyrD欠失変異株のマイクロ秒領域のキネティクスは有意の差が見られた。このマイクロ秒領域の異常なキネティクスと正常であった四周期振動より、TyrD欠失がS状態の遷移に影響を与えたわけではなく、プロトン移動と共役した電子伝達に影響を与えたものと結論した。酸素発生部位は電子伝達とプロトン移動が調和的に共役しているとされるが、TyrDがこれに重要な役割を果たしていることがわかり、これまで不明であったTyrDの機能が明らかとなった。

研究成果

• [文献書誌] Kawamori, A., Katsuta, N., Arao, S., Hara, H., Mino, H., Ishii, A., Ono, T.-A., Minagawa, J.: "Configuration of electron transfer cofactors in photosystem II studied by pulsed EPR"J. of Photoscience. 9. 379-381 (2002)
• [文献書誌] Teramoto, H., Nakamori, A., Minagawa, J., Ono, T.-A.: "Light intensity-dependent expression of Lhc gene family encoding light-harvesting chlorophyll-a/b proteins of photosystem II in Chlamydomonas reinhardtii"Plant Physiol.. 130. 325-333 (2002)
• [文献書誌] Kawamori, A., Katsuta, N., Mino, H., Ishui, A., Minagawa, J., Ono, T.-A.: "Positions of Q_A and Chl_Z relative to Tyrosine Y_Z and Y_D in photosystem II studied by pulsed EPR"J. of Biol. Phys.. 28. 413-426 (2002)
• [文献書誌] Jeans, C., Schilstra, M.J., Ray, N., Husain, S., Minagawa, J., Nugent, J.H.A., Klug, D.R.: "Replacement of Tyrosine D with Phenylalanine Affects the Normal Proton Transfer Pathways for the Reduction of P680+ in Oxygen-Evolving Photosystem II Particles from Chlamydomonas"Biochemistry. 41. 15754-15761 (2002)
• [文献書誌] Hasegawa, K., Kimura, Y., Ishii, A., Minagawa, J., Ono T.-A.: "Properties of Cl-binding site in oxygen-evolving complex of photosystem II studied by FTIR spectroscopy"J. of Photoscience. 9. 376-378 (2002)