ホモダイマー型光合成反応中心の分子構築と反応制御機構の解明

• 研究課題/領域番号: 15K07026
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物物理学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 大岡 宏造 大阪大学, 理学研究科, 准教授 (30201966)
• 研究協力者: 伊藤 繁 ; 栗栖 源嗣 ; 浅井 智広
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2016年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2015年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 光合成 / 反応中心 / ホモダイマー / ヘリオバクテリア / 光化学系 I / 電子スピン共鳴 / X線結晶構造解析 / ラジカルペア / ESR / スピン分極 / FeSタンパク質 / 初期電荷分離 / 電子伝達 / 緑色イオウ細菌 / タイプ１反応中心

研究成果の概要

好熱性ヘリオバクテリアHbt. Modesticaldum由来の反応中心（RC）標品の結晶化を試みた。空間群R32の結晶が得られ、現在、構造解析を進めている。この結晶は、昨年（2017年）、米国グループが報告したＸ線結晶構造解析の空間群（C2）とは異なる。米国グループの構造中にはキノン分子（A1）が存在しなかったが、我々の構造中にはキノン分子が存在していた。また、本来のP800＋MQ－に由来するESP信号をsimulationによりできるだけ正確に求めた。PSI反応中心のキノンA1の配向と似ているものの、わずかに異なった場所に結合していることが示唆され、構造解析の結果と矛盾しなかった。

研究成果

• [雑誌論文] Light-Induced Electron Spin-Polarized (ESP) EPR Signal of the P800+ Menaquinone? Radical Pair State in Oriented Membranes of Heliobacterium modesticaldum: Role/Location of Menaquinone in the Homodimeric Type I Reaction Center (2018)
  • 著者名/発表者名: Kondo Toru、Matsuoka Masahiro、Azai Chihiro、Kobayashi Masami、Itoh Shigeru、Oh-oka Hirozo
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry B 巻: 122 号: 9 ページ: 2536-2543
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.7b12171
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hyperfine Sublevel Correlation Spectroscopy Studies of Iron-Sulfur Cluster in Rieske Protein from Green Sulfur Bacterium Chlorobaculum tepidum (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Nagashima, Hiraku Kishimoto, Risa Mutton, Naotaka Terashima, Hirozo Oh-Oka, Genji Kurisu, Hiroyuki Mino
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry B 巻: 121 号: 12 ページ: 2543-2553
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.6b12968
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Light-induced hydrogen production of Photosystem I-Pt nanoparticle conjugate inside porous glass plates (2016)
  • 著者名/発表者名: Tomoyasu Noji, Takanao Suzuki, Masaharu Kondo, Teturo Jin, Keisuke Kawakami, Tadahisa Mizuno, Hirozo Oka, Masahiko Ikeuchi, Mamoru Nango, Nobuo Kamiya Yutaka Amao and Takehisa Dewa
  • 雑誌名: Research on Chemical Intermediates 巻: 42 号: 11 ページ: 7731-7742
  • DOI: 10.1007/s11164-016-2658-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Orientations of Iron-Sulfur Clusters FA and FB in the Homodimeric Type-I Photosynthetic Reaction Center of Heliobacterium modesticaldum (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Kondo, M. Matsuoka, C. Azai, S. Itoh, H. Oh-oka
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry B 巻: 120 号: 18 ページ: 4204-4212
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.6b01112
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mutation-induced perturbation of the special pair P840 in the homodimeric reaction center in green sulfur bacteria (2016)
  • 著者名/発表者名: C. Azai, Y. Sano, Y. Kato, T. Noguchi and H. Oh-oka
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: ー 号: 1 ページ: 19878-19878
  • DOI: 10.1038/srep19878
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Menaquinone as the secondary electron acceptor in the type I homodimeric photosynthetic reaction center of Heliobacterium modesticaldum (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Kondo, S. Itoh, M. Matsuoka, C. Azai and H. Oh-oka
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 119 号: 27 ページ: 8480-8489
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.5b03723
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Light-induced electron spin-polarized (ESP) EPR signal of the P800+MQ- radical pair state in oriented membranes of Heliobacteriaum modesticaldum (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Kondo, C. Azai, S. Itoh and H. Oh-oka
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 緑色硫黄細菌におけるRieske蛋白質とシトクロムの構造機能相関 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岸本拓、武藤梨沙、田中秀明、栗栖嗣、大岡宏造
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] cytc6/光化学系 I/白金ナノ粒子複合体による光誘起水素発生 (2018)
  • 著者名/発表者名: 平野誠人、野地智康、川上惠典、神哲朗、近藤政晴、大岡宏造、神谷信夫
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Heliobacteriaum modesticaldumの光合成反応中心コアタンパクとPshBタンパクの再構成実験 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小島理沙、浅井智広、伊藤繁、大岡宏造
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 鹿児島大学・郡元キャンパ（鹿児島市）
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] 絶対嫌気性の光合成細菌Chlorobaculum tepidumの異種遺伝子発現系を利用した緑藻[FeFe]型ヒドロゲナーゼの細胞内成熟化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 池田祐輔、武藤梨沙、波佐間雄世、大岡宏造、栗栖源嗣、寺内一姫、浅井智広
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 鹿児島大学・郡元キャンパ（鹿児島市）
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] ヘリオバクテリア光合成反応中心のドナー側とアクセプター側における電子伝達反応の解 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小島 理沙、浅井 智広、伊藤 繁、大岡宏造
  • 学会等名: 第55回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Regulation of initial charge separation in photosynthetic reaction center detected by transient EPR (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Mino, H. Tsukuno, R. Mutoh, H. Nagashima, Y. Kobori, G. Kurisu and H. Oh-oka
  • 学会等名: 第55回日本生物物理学会年会
• [学会発表] nitial charge separated spin-polarized radical pair in reaction center of Heliobacterium modesticaldum (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Mino, H. Tsukuno, R. Mutoh, H. Nagashima, Y. Kobori, G. Kurisu and H. Oh-oka
  • 学会等名: 第55回日本生物物理学会年会
• [学会発表] X-ray structure of the type-1 reaction center from Heliobacterium modesticaldum at 3.2A resolution (2017)
  • 著者名/発表者名: G. Kurisu, S. Itoh, H. Oh-oka
  • 学会等名: Gordonon Research Conference on Photosynthesis 2017
  • 国際学会
• [学会発表] 緑色硫黄細菌におけるRieske可溶性ドメインとc型シトクロムの構造機能相関 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岸本拓、武藤梨沙、田中秀明、栗栖嗣、大岡宏造
  • 学会等名: 第25回「光合成セミナー2017：反応中心と色素系の多様性」
• [学会発表] 緑色硫黄光合成細菌の光合成反応中心サブユニットPscBの大量発現系構築 (2017)
  • 著者名/発表者名: 和田公樹、小島理沙、岸本拓、大岡宏造
  • 学会等名: 第25回「光合成セミナー2017：反応中心と色素系の多様性」
• [学会発表] ヘリオバクテリア由来1型光合成反応中心 (2017)
  • 著者名/発表者名: 伏見こころ、仲庭哲津子、武藤梨沙、安田亜矢、安藤俊介、田中秀明、大岡宏造、栗栖源嗣
  • 学会等名: 第25回「光合成セミナー2017：反応中心と色素系の多様性」
• [学会発表] 緑色硫黄細菌における緑藻由来[FeFe]ヒドロゲナーゼの発現系構築 (2017)
  • 著者名/発表者名: 波佐間雄世、武藤梨沙、池田祐輔、大岡宏造、栗栖源嗣、寺内一姫、浅井智広
  • 学会等名: 第25回「光合成セミナー2017：反応中心と色素系の多様性」
• [学会発表] ヘリオバクテリア反応中心コアタンパクとFd1/Fd2の再構成実験 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小島理沙、浅井智広、伊藤繁、大岡宏造
  • 学会等名: 第８回日本光合成学会年会および公開シンポジウム
• [学会発表] ヘリオバクテリア反応中心における初期電荷分離ラジカル対の相互作用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佃野弘幸、武藤理沙、栗栖源嗣、大岡宏造、三野広幸
  • 学会等名: 第８回日本光合成学会年会および公開シンポジウム
• [学会発表] 緑色硫黄細菌のRieskeタンパク質可溶性ドメインの構造と相互作用解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岸本拓、武藤梨沙、田中秀明、栗栖源嗣、大岡宏造
  • 学会等名: 第８回日本光合成学会年会および公開シンポジウム
• [学会発表] 緑色硫黄細菌Chlorobaculum tepidumの異種遺伝子発現系による、緑藻由来[FeFe]型ヒドロゲナーゼの高発現と水素生産 (2017)
  • 著者名/発表者名: 波佐間雄世、武藤梨沙、池田祐輔、大岡宏造、栗栖源嗣、寺内一姫、浅井 智広
  • 学会等名: 第８回日本光合成学会年会および公開シンポジウム
• [学会発表] 多孔質ガラス板内部に導入された光化学系I/白金ナノ粒子複合体による光誘起水素発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 平野誠人、野地智康、川上恵典、神哲郎、吉野宏明、池内昌彦、近藤政晴、大岡宏造、神谷信夫
  • 学会等名: 第８回日本光合成学会年会および公開シンポジウム
• [学会発表] ヘリオバクテリア光合成反応中心の過渡吸収変化と低温蛍光解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大岡宏造、小島 理沙、浅井 智広、武藤 梨沙、栗栖 源嗣、伊藤 繁
  • 学会等名: 第54回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: つくば国際会議場（つくば市）
  • 年月日: 2016-11-25
• [学会発表] Magnetic structure of reduced [2Fe-2S] Rieske cluster from green sulfur bacteria Chlorobaculum tepidum studied by ESEEM (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Terashima, H. Nagashima, H. Kishimoto, R. Mutoh, H. Oh-oka, G. Kurisu and H. Mino
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: つくば国際会議場（つくば市）
  • 年月日: 2016-11-25
• [学会発表] Initial formation of the radical pair in reaction center complex of Heliobacterium modesticaldum detected by transient EPR (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Tsukuno, R. Mutoh, G. Kurisu, H. Oh-oka and H. Mino
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: つくば国際会議場（つくば市）
  • 年月日: 2016-11-25
• [学会発表] Chlorobaculum tepidum還元型 [2Fe-2S] Rieske clusterの磁気構造解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 長嶋宏樹、岸本拓、武藤梨沙、大岡宏造、栗栖源嗣、三野広幸
  • 学会等名: 第55回電子スピンサイエンス学会年会
  • 発表場所: 大阪市立大学・杉本キャンパス（大阪市）
  • 年月日: 2016-11-10
• [学会発表] 時間分解EPRによるヘリオバクテリア反応中心での初期ラジカル対生成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佃野弘幸、武藤梨沙、栗栖源嗣、大岡宏造、三野広幸
  • 学会等名: 第55回電子スピンサイエンス学会年会
  • 発表場所: 大阪市立大学・杉本キャンパス（大阪市）
  • 年月日: 2016-11-10
• [学会発表] Orientations of FA/FB and temperature dependencies of their signal intensities in the homodimeric type 1 reaction center of Heliobacterium modesticaldum (2016)
  • 著者名/発表者名: C. Azai, T. Kondo, K. Okuda, K. Terauchi, S. Itoh and H. Oh-oka
  • 学会等名: The 17th International Congress of Photosynthesis
  • 発表場所: MECC（オランダ、マーストリヒト）
  • 年月日: 2016-08-07
  • 国際学会
• [学会発表] Mutagenic Analysis of Conserved Antenna Chlorophylls in Type-1 Photosynthetic Reaction Centers (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Oh-oka, T. Kondo, C. Azai, S. Itoh
  • 学会等名: The 17th International Congress of Photosynthesis
  • 発表場所: MECC（オランダ、マーストリヒト）
  • 年月日: 2016-08-07
  • 国際学会
• [学会発表] 緑色硫黄細菌Chlorobaculum tepidumがもつRieskeタンパク質の可溶性ドメインの構造解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 岸本拓、武藤梨沙、田中秀明、栗栖源嗣、大岡宏造
  • 学会等名: 光合成セミナー2016：反応中心と色素系の多様性
  • 発表場所: 龍谷大学・深草キャンパス（京都市）
  • 年月日: 2016-07-09
• [学会発表] Structural analysis of the soluble domain of Rieske protein in the phototrophic green sulfur bacterium Chlorobaculum tepidum (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Kishimoto1, R. Mutoh, H. Tanaka, G. Kurisu, H. Oh-oka
  • 学会等名: The 17th International Confernece on the Cell and Molecular Biology of Chlamydomonas: Satellite Meeting on Photosynthesis
  • 発表場所: 京都大学・吉田キャンパス（京都市）
  • 年月日: 2016-07-01
  • 国際学会
• [学会発表] ヘリオバクテリア光合成反応中心のエネルギー移動経路に関する解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大岡宏造、小島理沙、浅井智広、武藤梨沙、栗栖源嗣、伊藤繁
  • 学会等名: 第７回日本光合成学会年会および公開シンポジウム
  • 発表場所: 東京理科大学・葛飾キャンパス（葛飾区）
  • 年月日: 2016-05-27
• [学会発表] ヘリオバクテリア光合成反応中心の低温蛍光解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大岡宏造、小島理沙、浅井智広、武藤梨沙、栗栖源嗣、伊藤繁
  • 学会等名: 第57回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 岩手大学・上田キャンパス（盛岡）
  • 年月日: 2016-03-18
• [学会発表] ヘリオバクテリア由来の1型光合成反応中心の活性測定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 安田亜矢、武藤梨沙、大岡宏造、浅井智広、栗栖源嗣
  • 学会等名: 第57回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 岩手大学・上田キャンパス（盛岡）
  • 年月日: 2016-03-18
• [学会発表] Homodimeric type 1 reaction centers in green sulfur bacteria and heliobacteria (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Oh-oka
  • 学会等名: IPR International Workshop
  • 発表場所: 大阪大学蛋白研（吹田）
  • 年月日: 2016-02-02
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 多孔性シリカ粒子のナノ空間に埋め込まれたヘリオバクテリア反応中心コアタンパクの安定性と分光学的特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大岡宏造、野地智康、浅井智広、武藤梨沙、栗栖源嗣、伊藤繁
  • 学会等名: 第53回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢大学・角間キャンパス（金沢）
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] A Rieske/cytochrome b complex in the green sufur bacterium Chlorobaculum tedium (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Oh-oka, T. Yamamoto, R. Mutoh, C. Azai and G. Kurisu
  • 学会等名: 15th International Symposium on Phototrophic Prokaryotes
  • 発表場所: Tubingen, Germany
  • 年月日: 2015-08-02
  • 国際学会
• [学会発表] Bacteriochlorophyll a synthesis in the green sulfur bacterium Chlorobaculum tepidum mutant lacking BchX, a subunit of chlorophyllide a oxidoreductase (2015)
  • 著者名/発表者名: C. Azai, T. Mizoguchi, H. Tamiaki and H. Oh-oka
  • 学会等名: 15th International Symposium on Phototrophic Prokaryotes
  • 発表場所: Tubingen, Germany
  • 年月日: 2015-08-02
  • 国際学会
• [学会発表] Heliobacterial type-I homodimer reaction center uses menaquinone as the secondary electron acceptor at a little different location from that of phylloquinone in PSI (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Itoh, T. Kondo, C. Azai and H. Oh-oka
  • 学会等名: 15th International Symposium on Phototrophic Prokaryotes
  • 発表場所: Tubingen, Germany
  • 年月日: 2015-08-02
  • 国際学会
• [学会発表] 多孔性シリカ粒子中のナノ空間に安定的に保持されたヘリオバクテリア反応中心 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大岡宏造、野地智康、浅井智広、武藤梨沙、栗栖源嗣、伊藤繁
  • 学会等名: 第６回日本光合成学会年会および公開シンポジウム
  • 発表場所: 岡山国際交流センター(岡山）
  • 年月日: 2015-05-22
• [学会発表] ホモダイマー光合成反応中心複合体の人工的ヘテロダイマー化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 浅井智広、Kwang Kim、近藤徹、原田二朗、伊藤繁、大岡宏造
  • 学会等名: 第62回日本生化学会近畿支部例会
  • 発表場所: 立命館大学・びわこくさつキャンパス（草津）
  • 年月日: 2015-05-16
• [図書] 光と生命の事典 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大岡宏造（共著）
  • 総ページ数: 436
  • 出版者: 朝倉書店
• [備考] 光合成反応の分子機構
  • URL: http://www.bio.sci.osaka-u.ac.jp/~ohoka/publications.html
• [備考] 光合成反応の分子機構
  • URL: http://www.bio.sci.osaka-u.ac.jp/~ohoka/index.html