光合成・光化学系IIの分子構築

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05304006
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 佐藤 公行 岡山大学, 理学部, 教授 (10032822)
• 研究分担者: 小林 裕和 静岡県立大学, 大学院・生活健康科学研究科, 助教授 (80170348) ; 高橋 裕一郎 岡山大学, 大学院・自然科学研究科, 助手 (50183447) ; 榎並 勲 東京理科大学, 理学部, 助教授 (40084305) ; 佐藤 和彦 姫路工業大学, 理学部, 教授 (00090522) ; 池内 昌彦 東京大学, 教養学部, 教授 (20159601)
• キーワード: 光合成 / 光化学系II / 反応中心 / 酸素発生系 / 結晶化 / 分子構築 / P-680 / Mn-ラクスター

研究概要

本研究では、あらゆる手法を総合して光化学系IIの分子構築を解明することを目標としている。この目標にそって、今年度に得られた主な成果は以下の通りである。
1)光化学系II反応中心、酸素発生能のあるコア複合体および33kDaマンガン安定化タンパク質の結晶化に成功した(但し、構造解析のためにはまだ改良が必要である)。
2)単離した光化学系II反応中心について、光誘起FT-IR差スペクトル法を用いてP-680の構造を解析し、P-680三重項状態は非対称な二量体クロロフィル上の一方の分子上に偏在することを明らかにした。また、この際の両クロロフィル分子の水素結合特性とD1,D2タンパク質のアミノ酸配列から、P-680の構造モデルを提出した。
3)EPR飽和法を用いて、P-680^+とMn-ラクスターおよびキノン・鉄複合体(受容体)との間の距離を明らかにした。
4)諸種の光化学系II標品について、架橋剤を用いる解析から、構成ポリペプチド間の位置関係および各ポリペプチドの配向を明らかにして、光化学系IIの全体としての構造に関して多くの新知見を得た。
5)Ca^<2+>除去系II膜標品を閃光照射し、Mn原子のX線吸収端近傍構造(XANES)の変化を測定したところ、最初の閃光ではK端エネルギーが約1eV増加するが、以後は数回の閃光照射によってK端が0.9eV増加するにとどまり、そこで飽和した。このことからCa^<2+>除去系IIでは最初の閃光ではMnが1電子酸化されてS_2が生成するが、以降の閃光ではMnあるいはその配位子が徐々に酸化を受けるのみで、その先の反応は停止することがわかった。
6)psbI,psbH,psbKなど、光化学系IIの小ポリペプチドを挿入失活させることにより発現をおさえた変異株を作成し、これらの遺伝子の産物の機能を解析した。

研究成果

• [文献書誌] Tomo,T.,I.Enami and K.Satoh: "Orientation and nearest neighbor analysis of psbl gene product in the photosystem II reaction center complex using bifunctional cross-linkers." FEBS Lett.323. 15-18 (1993)
• [文献書誌] Taguchi,F.,Y.Yamamoto,N.Inagaki and K.Satoh: "Recognition signal for the C-terminal processing protease of D1 precursor protein in the photosystem II reaction center:an analysis using synthetic oligopeptides." FEBS Lett.326. 227-231 (1993)
• [文献書誌] Noguchi,T.,Y.Inoue and K.Satoh: "FT-IR studies on the triplet state of P680 in the photosystem II reaction center:Triplet equilibrium within a chlorophyll dimer." Biochemistry. 32. 7186-7195 (1993)
• [文献書誌] Shen,J.-R. and Y.Inoue: "Cellular localization of cytochrome c-550.Its sepcific association with cyanobacterial photosystem II." J.Biol.Chem.286. 20408-20413 (1993)
• [文献書誌] Mino,H.,J.Satoh,A.Kawamori,K.Toriyama and J.-L.Zimmermann: "Matrix ENDOR of tyrosine D^+ in oriented photosystem II membranes." Biochem.Biophys.Acta. 1144. 426-433 (1993)
• [文献書誌] Nagashima,K.V.P.,S.Itoh,K.Shimada and K.Matsuura: "Photooxidation of reaction center-bound cytochrome c and generation of membrane potential determined by carotenoid band shift in the purple photosynthetic bacterium,Rhodospirillum molischianum." Biochem.Biophys.Acta. 1140. 297-303 (1993)
• [文献書誌] Satoh,K.: "The Photosynthetic Reaction Center" Adademic Press,San Diego, 30 (1993)