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光捕集機能を司る光合成分子機械の高次構造解析

研究課題

研究課題/領域番号 14550784
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 工業物理化学
研究機関東北大学

研究代表者

大友 征宇  東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (10213612)

研究分担者 野澤 庸則  東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10006322)
小林 正幸  東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (70271864)
研究期間 (年度) 2002 – 2004
研究課題ステータス 完了 (2004年度)
配分額 *注記
3,300千円 (直接経費: 3,300千円)
2004年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2003年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2002年度: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円)
キーワード光合成色素 / 膜タンパク質 / 光捕集複合体 / 核磁気共鳴 / バクテリオクロロフィル
研究概要

光合成細菌由来の光捕集複合体(LH1)を選択的に標識し、本申請者らが開発した再構成法によりその構成成分の同定を原子レベルで行った。高分解能溶液核磁気共鳴(NMR)法を用いて、再構成LH1の構成単位であるB820サブユニットについて、炭素並びに水素核の測定を行った結果、色素の中心金属Mgに配位するヒスチジン残基のイミダゾール側鎖が色素の環電流シフトを受けて、プロトンの化学シフトが約3ppm高磁場側へ大きく変化したことが判明された。また、重水素置換されたα、βポリペプチドを用いた高濃度再構成B820のNMR解析から、色素二量体の近傍にあるプロトン対に関する詳細な情報を得た。高次構造の形成に深く関与する他のアミノ酸残基を確認するために、αとβポリペプチドを^<13>Cと^<15>Nで二重標識した試料を作成した。多次元NMR測定によりLH1の構造単位であるB820複合体を構成するα、βポリペプチドのすべてのNMRシグナルを帰属することができた。構造計算の結果から両ペプチドとも約30残基の膜間通ヘリックス構造をもつことがわかった。一方、重水化界面活性剤中におけるB820複合体のサイズを中性子小角散乱(SANS)の解析より調べた。Native及び再構成B820複合体はともに均一なサイズをもち、回転半径R_g=11Å、分子量11,400であることを突き止めた。さらに、従来大量発現が極めて困難であるとされてきた光合成膜タンパク質を大腸菌発現系及び無細胞タンパク質合成系を用いて発現し、その発現産物の詳細な特性評価を行った。両発現系から合成された膜タンパク質は天然のものと同じαヘリックス含量を示し、さらに天然の膜タンパク質及び色素(BChl a)との再構成実験より、天然のものと同様の機能を保持していることが判明された。最後に、耐熱性光合成細菌から光電変換機能を有する反応中心(RC)との複合体LH1-RCの単離・精製も試みた。異なる種類の界面活性剤処理によって、光学活性のもつ極めて高純度・高濃度の試料を得ることに成功した。現在、X線構造解析に向けて、共同研究者と同複合体の結晶化条件のスクリーニングを行っている。

報告書

(4件)
  • 2004 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2003 実績報告書
  • 2002 実績報告書
  • 研究成果

    (36件)

すべて 2005 2004 2003 2002 その他

すべて 雑誌論文 (26件) 図書 (2件) 文献書誌 (8件)

  • [雑誌論文] Solution structures of the core light-harvesting α and β polypeptides from Rhodospiril lum rubrum : Implications for the pigment-protein and protein-protein interactions2005

    • 著者名/発表者名
      Z.-Y.Wang, et al.
    • 雑誌名

      J.Mol.Biol. 347

      ページ: 465-477

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Solution structures of the core light-harvesting α and β polypeptides from Rhodospirillum rubrum : Implications for the pigment-protein and protein-protein interactions2005

    • 著者名/発表者名
      Wang, Z.-Y., et al.
    • 雑誌名

      J.Mol.Biol. 347

      ページ: 465-477

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Solution structures of the core light-harvesting α and β polypeptides from Rhodospirilulum rubrum : Implications for the pigment-protein and protein-protein interactions2005

    • 著者名/発表者名
      Z.-Y.Wang, et al.
    • 雑誌名

      J.Mol.Biol. 347

      ページ: 465-477

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] NMR relaxation study of the bacteriochlorophyll c in solutions.2004

    • 著者名/発表者名
      Z.-Y.Wang, et al.
    • 雑誌名

      J.Phys.Chem.B 108

      ページ: 15422-15428

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Functional expression and characterization of a bacterial light-harvesting membrane protein in Escherichia coli and cell-free synthesis systems2004

    • 著者名/発表者名
      Shimada, Y., et al.
    • 雑誌名

      Biosci.Biotechnol.Biochem. 68

      ページ: 1942-1948

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Reconstitution and replacement of bacteriochlorophyll α molecules in photosynthetic reaction centers2004

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi, M., et al.
    • 雑誌名

      J.Biochem. 136

      ページ: 363-369

    • NAID

      130003534731

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] NMR relaxation study of the bacteriochlorophyll c in solutions2004

    • 著者名/発表者名
      Wang, Z.-Y., et al.
    • 雑誌名

      J.Phys.Chem. B108

      ページ: 15422-15428

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Functional expression and characterization of a bacterial light-harvesting membrane protein in Escherichia coli and cell-free synthesis system2004

    • 著者名/発表者名
      Shimada, Y., et al.
    • 雑誌名

      Biosci.Biotechnol.Biochem. 68

      ページ: 1942-1948

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Reconstitution and replacement of bacteriochlorophyll a molecules in photosynthetic reaction centers2004

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi, M., et al.
    • 雑誌名

      J.Biochem. 136

      ページ: 363-369

    • NAID

      10016202243

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] NMR relaxation study of the bacteriochlorophyll c in solutions.2004

    • 著者名/発表者名
      Z.-Y.Wang, et al
    • 雑誌名

      J.Phys.Chem.B 108

      ページ: 15422-15428

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Functional expression and characterization of a bacterial light-harvesting membrane protein in Escherichia coli and cell-free synthesis system2004

    • 著者名/発表者名
      Y.Shimada, et al
    • 雑誌名

      Biosci.Biotechnol.Biochem. 68

      ページ: 1942-1948

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Reconstitution and replacement of bacteriochlorophyll a molecules in photosynthetic reaction centers2004

    • 著者名/発表者名
      M.Kobayashi, et al
    • 雑誌名

      J.Biochem. 136

      ページ: 363-369

    • NAID

      10016202243

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Magic-angle spinning nuclear magnetic resonance under ultrahigh field reveals two forms of intermolecular interaction within CH_2Cl_2-treated (3^1R)-type bacteriochlorophyll c solid aggregate2004

    • 著者名/発表者名
      M.Umetsu, et al
    • 雑誌名

      J.Phys.Chem.B 108

      ページ: 2726-2734

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Determination of the B820 subunit size of a bacterial core light-harvesting complex by small-angle neutron scattering scattering2003

    • 著者名/発表者名
      Z.-Y.Wang, et al.
    • 雑誌名

      Biochemistry 42

      ページ: 11555-11560

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Purification and characterization of the polypeptides of core light-harvesting complexes from purple sulfur bacteria2003

    • 著者名/発表者名
      Z.-Y.Wang, et al.
    • 雑誌名

      Photosynthesis Research 78

      ページ: 133-141

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Dynamic exchange properties of the antiparallel bacteriochlorophyll c dimers2003

    • 著者名/発表者名
      Umetsu, M., et al.
    • 雑誌名

      J.Phys.Chem.B 107

      ページ: 9876-9882

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Probing the transmembrane potential of bacterial cells by voltage-sensitive dyes2003

    • 著者名/発表者名
      Suzuki, H., et al.
    • 雑誌名

      Analytical Sciences 19

      ページ: 1239-1242

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Determination of the B820 subunit size of a bacterial core light-harvesting complex by small-angle neutron scattering2003

    • 著者名/発表者名
      Wang, Z.-Y., et al.
    • 雑誌名

      Biochemistry 42

      ページ: 11555-11560

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Purification and characterization of the polypeptides of core light-harvesting complexes from purple sulfur bacteria2003

    • 著者名/発表者名
      Wang, Z.-Y., et al.
    • 雑誌名

      Photosynth.Res. 78

      ページ: 133-141

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Dynamic exchange properties of the antiparallel bacteriochlorophyll c dimers2003

    • 著者名/発表者名
      Umetsu, M., et al.
    • 雑誌名

      J.Phys.Chem. B107

      ページ: 9876-9882

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Selective detection and assignment of the solution NMR signals of bacteriochlorophyll α in a reconstituted subunit of a light-harvesting complex2002

    • 著者名/発表者名
      Z.-Y.Wang, et al.
    • 雑誌名

      J.Am.Chem.Soc. 124

      ページ: 1072-1078

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] N-terminal methylation of the core light-harvesting complex in purple photosynthetic bacteria2002

    • 著者名/発表者名
      Z.-Y.Wang, et al.
    • 雑誌名

      FEBS Letters 519

      ページ: 164-168

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Circular and magnetic circular dichroism studies of bacteriochlorophyll c aggregates : T-shaped and antiparallel dimers2002

    • 著者名/発表者名
      Umetsu, M., et al.
    • 雑誌名

      J.Phys.Chem.B 106

      ページ: 3987-3995

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Selective detection and assignment of the solution NMR signals of bacteriochlorophyll α in a reconstituted subunit of a light-harvesting complex2002

    • 著者名/発表者名
      Wang, Z.-Y., et al.
    • 雑誌名

      J.Am.Chem.Soc. 124

      ページ: 1072-1078

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] N-terminal methylation of the core light-harvesting complex in purple photosynthetic bacteria2002

    • 著者名/発表者名
      Wang, Z.-Y., et al.
    • 雑誌名

      FEBS Lett. 519

      ページ: 164-168

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Circular and magnetic circular dichroism studies of bacteriochlorophyll c aggregates : T-shaped and antiparallel dimers2002

    • 著者名/発表者名
      Umetsu, M., et al.
    • 雑誌名

      J.Phys.Chem. B106

      ページ: 3987-3995

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [図書] 「ライフサイエンス系の高分子化学」第三章 タンパク質2004

    • 著者名/発表者名
      野澤庸則
    • 総ページ数
      156
    • 出版者
      三共出版
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書 2004 研究成果報告書概要
  • [図書] "Macromolecular Chemistry for Life Science" Chapter 3 Proteins2004

    • 著者名/発表者名
      Nozawa, T., et al.
    • 総ページ数
      156
    • 出版者
      Sankyo Publication Ltd.
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Suzuki, et al.: "Probing the transmembrane potential of bacterial cells by voltage-sensitive dyes"Analytical Sciences. 19. 1239-1242 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] M.Umetsu, et al.: "Dynamic exchange properties of the antiparallel bacteriochlorophyll c dimers"Journql of Physical Chemistry. B107. 9876-9882 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Z.-Y.Wang, et al.: "Determination of the ・B820 subunit size of a bacterial core light-harvesting complex by small-angle neutron scattering"Biochemistry. 42. 11555-11560 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Z.-Y.Wang, et al.: "Purification and characterization of the polypeptides of core light-harvesting complexes from purple sulfur bacteria"Photosynthesis Research. 78. 133-141 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Z.-Y.Wang, Y.Muraoka, M.Shimonaga, M.Kobayashi, T.Nozawa: "Selective detection and assignment of the solution NMR signals of bacteriochlorophyll a in a reconstituted subunit of a light-harvesting complex"J.Am.Chem.Soc.. 124. 1072-1078 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] M.Umetsu, R.Seki, Z.-Y.Wang, I.Kumagai, T.Nozawa: "Circular and magnetic circular dichroism studies of bacteriochlorophyll c aggregates : T-shaped and antiparallel dimers"Journal of Physical Chemistry. B106. 3987-3995 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Q.-M.Xu, C.Wang, Z.-Y.Wang, T.Nozawa, et al.: "A dimeric structure of bacteriochlorophyllide c molecules studied by scanning tunneling microscopy"Journal of Physical Chemistry. B106. 3037-3040 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Z.-Y.Wang, M.Shimonaga, Y.Muraoka, M.Kobayashi, T.Nozawa: "N-terminal methylation of the core light-harvesting complex in purple photosynthetic bacteria"FEBS Letters. 519. 164-168 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書

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公開日: 2002-04-01   更新日: 2016-04-21  

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