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光合成膜タンパク質のフェムト秒時間分解能での構造ダイナミクス

公募研究

研究領域動的構造生命科学を拓く新発想測定技術-タンパク質が動作する姿を活写する-
研究課題/領域番号 17H05884
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 複合領域
研究機関岡山大学

研究代表者

菅 倫寛  岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (60634920)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
13,000千円 (直接経費: 10,000千円、間接経費: 3,000千円)
2018年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2017年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
キーワード光化学系 / X線自由電子レーザー / ダイナミクス / 膜タンパク質 / 光合成 / シリアルフェムト秒 / 量子ビーム / X線自由電子レーザー / 構造ダイナミクス / X線結晶構造解析
研究実績の概要

光化学系IIは光駆動の水分子の分解反応とそれに伴う分子状酸素の発生を行う,分子量70万にもおよぶ巨大な膜タンパク質複合体である。本研究では光化学系IIを中心とする巨大な光合成膜タンパク質複合体を対象として、光による励起後の構造変化をフェムト秒時間分解能で明らかにすることを目指している。研究代表者らはとくに光化学系IIの水分解・酸素発生の反応機構における原子基盤を明らかにすることを目的としてX線自由電子レーザーを用いた構造解析を行ってきた。これまでに反応開始状態に相当するS1状態および反応中間体に相当するS3状態を構造解析することに成功したので、この研究基盤を用いて光励起後の時間経過に伴う構造変化を捉えることを試みている。H30年度は結晶サンプルの調製方法を改良し大型化することで比較的簡便に結晶サンプルを供給する方法を確立することをめざした。なお、結晶化されたサンプルの観察およびその品質を迅速に評価する方法が必要であることを実感したので、新たに結晶観察装置などを購入した。最終的に,4点の多点測定が可能な量の結晶サンプルが供給できるようになったが,この方法で調製した結晶サンプルは分解能および同型性ともに従来の方法と比べて良くないことが判明している。従って,サンプルの供給方法は継続して改善する必要がある。研究課題は最終年度ではあるが,これからも根気強く精製スケールの大型化と回折データの改善を行って詳細な構造解析を完結させ、反応機構の詳細を明らかにして論文発表したい。さらに本研究課題で開発された構造解析手法を今後は他の光合成膜タンパク質にもこの手法を適用して構造解析を行うことを予定している。本年度は他の光合成膜タンパク質の一つであるFCPタンパク質の精製,結晶化,構造解析に成功したのでこれを論文発表した。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 2件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 1件、 招待講演 7件)

  • [国際共同研究] Chinese Academy of Science(中国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] フランス国立科学研究センター(フランス)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] Structural basis for blue-green light harvesting and energy dissipation in diatoms2019

    • 著者名/発表者名
      Wang Wenda、Yu Long-Jiang、Xu Caizhe、Tomizaki Takashi、Zhao Songhao、Umena Yasufumi、Chen Xiaobo、Qin Xiaochun、Xin Yueyong、Suga Michihiro、Han Guangye、Kuang Tingyun、Shen Jian-Ren
    • 雑誌名

      Science

      巻: 363 号: 6427

    • DOI

      10.1126/science.aav0365

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Thylakoid membrane lipid sulfoquinovosyl-diacylglycerol (SQDG) is required for full functioning of photosystem II in Thermosynechococcus elongatus2018

    • 著者名/発表者名
      Nakajima, Y., Umena, Y., Nagao, R., Endo, K., Kobayashi, K., Akita, F., Suga, M., Wada, H., Noguchi, T., Shen, J.-R.
    • 雑誌名

      J. Biol. Chem.

      巻: 293 号: 38 ページ: 14786-14797

    • DOI

      10.1074/jbc.ra118.004304

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fourier Transform Infrared Analysis of the S-State Cycle of Water Oxidation in the Microcrystals of Photosystem II2018

    • 著者名/発表者名
      Kato Yuki、Akita Fusamichi、Nakajima Yoshiki、Suga Michihiro、Umena Yasufumi、Shen Jian-Ren、Noguchi Takumi
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      巻: 9 号: 9 ページ: 2121-2126

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.8b00638

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Crystal structure and redox properties of a novel cyanobacterial heme protein with a His/Cys heme axial ligation and a Per-Arnt-Sim (PAS)-like domain2017

    • 著者名/発表者名
      Motomura Taiki、Suga Michihiro、Hienerwadel Rainer、Nakagawa Akiko、Lai Thanh-Lan、Nitschke Wolfgang、Kuma Takahiro、Sugiura Miwa、Boussac Alain、Shen Jian-Ren
    • 雑誌名

      Journal of Biological Chemistry

      巻: 292 号: 23 ページ: 9599-9612

    • DOI

      10.1074/jbc.m116.746263

    • NAID

      120006473741

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 光合成光化学系IIの反応中間体の結晶構造と酸素発生反応機構2018

    • 著者名/発表者名
      菅倫寛, 沈建仁
    • 学会等名
      第18回日本蛋白質科学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Structure of oxygen evolving photosystem II and possible mechanism for the O=O bond formation.2018

    • 著者名/発表者名
      Michi Suga
    • 学会等名
      SACLA Users’ meeting 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Structure of oxygen evolving photosystem II and possible mechanism for the O=O bond formation2018

    • 著者名/発表者名
      Michi Suga, Jian-Ren Shen
    • 学会等名
      The 56th annual meeting of the biophysical society of Japan
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] X線自由電子レーザーにより明らかにされた光学系IIの光励起した反応中間体構造および水分解・酸素発生の反応機構2017

    • 著者名/発表者名
      菅 倫寛,秋田総理,菅原道泰,久保 稔,中島芳樹,岩田 想,沈 建仁
    • 学会等名
      第17回日本蛋白質科学会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] X線自由電子レーザーにより明らかにされた光学系IIの水分解・酸素発生の反応機構2017

    • 著者名/発表者名
      菅 倫寛
    • 学会等名
      分子研研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] X線自由電子レーザーにより明らかにされた光学系IIの光励起した反応中間体構造および水分解・酸素発生の反応機構2017

    • 著者名/発表者名
      菅 倫寛,秋田総理,菅原道泰,久保 稔,中島芳樹,岩田 想,沈 建仁
    • 学会等名
      ConBio2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] X線自由電子レーザーにより明らかにされた光学系IIの水分解・酸素発生の反応機構2017

    • 著者名/発表者名
      菅 倫寛,沈 建仁
    • 学会等名
      日本生体エネルギー研究会第43回討論会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2019-12-27  

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