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高精密結晶構造解析による光合成電子伝達メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 19K06524
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分43020:構造生物化学関連
研究機関大阪大学

研究代表者

田中 秀明  大阪大学, 蛋白質研究所, 准教授 (40346169)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワードX線結晶構造解析 / 中性子結晶構造解析 / 光合成電子伝達 / フェレドキシン / 精密構造解析 / FNR / 高精度構造解析 / X線結晶構造解析 / 超高分解能 / 放射線損傷 / 光合成 / 電子伝達
研究開始時の研究の概要

本研究により、生理的ペアの複合体結晶(Fd(oxi) + FNR(red)およびFd(red) + FNR(oxi))の精密構造解析が達成できれば、Fdから各依存酵素への電子伝達機構の違いや、電子の逆流防止機構を解明する事が可能となる。電子伝達については移動経路の他に、活性中心の酸化還元電位を考慮する必要があるが、精度の高い構造を決定して理論計算も行うことで完全な理解を目指す。Fdから最も電子を受け取りやすいFNRへの電子伝達メカニズムが解明されれば、電子伝達されにくい酵素の1つであるヒドロゲナーゼ(HydA1)を改変することで、水素を高効率で発生する組換え生物開発への道が開ける。

研究成果の概要

本研究では電子伝達タンパク質フェレドキシン(Fd)とそのパートナータンパク質であるFNRをターゲットとして、両者の酸化還元状態に留意した超高分解能X線結晶構造解析と中性子結晶構造解析に取り組んだ。FdおよびFNRの酸化型結晶については、複数の結晶を用いてX線照射量が0.1MGyになるようにして高分解能回折強度データを収集することに成功した。Fdについては還元型の超高分解能回折強度データも収集することにも成功した。さらに、酸化型FNRの中性子結晶構造解析の実験では、J-PARCで中性子回折強度データをフルセット収集することに成功し、構造解析を進めている。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本来、電子伝達複合体は酸化還元により解離・会合するのが活性型である。本研究では、FdとFNRについて酸化還元状態に留意した構造解析(酸化型Fd 、還元型Fd、酸化型FNR、還元型FNR)を進めてきた。これらの構造を水素原子の位置も含めて決定することで、実験の都合で無視されてきた、酸化還元状態と水素原子の構造を正確に記述することができ、アミノ酸だけでは議論することができなかった新規情報を提供することが可能となる。

報告書

(4件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 1件、 招待講演 3件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] X-ray dose-dependent structural changes of the [2Fe-2S] ferredoxin from Chlamydomonas reinhardtii2020

    • 著者名/発表者名
      Ohnishi Yusuke、Muraki Norifumi、Kiyota Daiki、Okumura Hideo、Baba Seiki、Kawano Yoshiaki、Kumasaka Takashi、Tanaka Hideaki、Kurisu Genji
    • 雑誌名

      The Journal of Biochemistry

      巻: Epub ahead of print 号: 6 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1093/jb/mvaa045

    • NAID

      40022260348

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書 2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Precise Redox-dependent Structural Change of the plant-type Ferredoxin revealed by X-ray structures at angstrom resolution, originated and propagating from the [2Fe-2S] cluster2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Ohnishi, H. Tanaka and G. Kurisu
    • 学会等名
      XXV Congress and General Assembly of the International Union of Crystallography (IUCr 2020)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] フェレドキシンによる電子伝達メカニズムの解明を目指して2020

    • 著者名/発表者名
      田中秀明
    • 学会等名
      2020年度第1回iBIX研究会(主催:茨城件中性子利用研究会)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 精密構造解析による光合成電子伝達メカニズムの解明2020

    • 著者名/発表者名
      田中秀明
    • 学会等名
      原子分解能ホログラフィー・不規則系機能性材料合同研究会(主催:SPRUC原子分解能ホログラフィー研究会、不規則系機能性材料合同研究会)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 植物型フェレドキシンの酸化還元に伴う構造変化とその役割2020

    • 著者名/発表者名
      大西裕介、田中秀明、栗栖源嗣
    • 学会等名
      令和2年度日本結晶学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] Structure basis for Thioredoxin isoform-based fine tuning of Ferredoxin-Thioredoxin Reductase activity.2020

    • 著者名/発表者名
      L.Juniar, H. Tanaka, K. Yoshida, T.Hisabori and G. Kurisu,
    • 学会等名
      令和2年度日本結晶学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 高等植物型ヘムオキシゲナーゼの構造・相互作用解析2020

    • 著者名/発表者名
      東田怜、田中秀明、武藤梨沙、張旭紅、李映昊、小沼剛、池上貴久、右田たい子、栗栖源嗣
    • 学会等名
      令和2年度日本結晶学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] NDH様複合体とフェレドキシンの相互作用機構の解明2019

    • 著者名/発表者名
      田中秀明、濱岡紀之、三角裕子、金宙妍、小沼剛、池上貴久、Engel Benjamin D.、Nowaczyc marc M.、栗栖源嗣
    • 学会等名
      日本生化学会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ダイズ由来植物型ヘムオキシゲナーゼ1の構造解析2019

    • 著者名/発表者名
      東田怜、田中秀明、武藤梨沙、右田たい子、栗栖源嗣
    • 学会等名
      日本生化学会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 藍藻由来フェレドキシンの[2Fe-2S]クラスター還元に起因する構造変化の段階的可視化2019

    • 著者名/発表者名
      大西裕介、田中秀明、奥村英夫、馬場清喜、河野能顕、熊坂崇、栗栖源嗣
    • 学会等名
      日本放射光学会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [図書] 生体の科学 「環境変化に応じて光化学系Iが形成する様々な超複合体の構造」2020

    • 著者名/発表者名
      田中秀明、栗栖源嗣
    • 出版者
      医学書院
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-01-30  

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