光合成の酸化的環境への適応機構

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09044231
• 研究機関: 東京都立大学
• 研究代表者: 松浦 克美 東京都立大学, 理学研究科, 助教授 (30181689)
• 研究分担者: RAYMOND Cox オーデンセ大学, 生化学科, 助教授 ; METTE Miller オーデンセ大学, 生化学科, 助教授 ; 三室 守 山口大学, 理学部, 教授 (40142004) ; 永島 賢治 東京都立大学, 理学研究科, 助手 (80264589) ; 嶋田 敬三 東京都立大学, 理学研究科, 助教授 (80112473)
• キーワード: 光合成 / 光エネルギー / 光合成細菌 / エネルギー移動 / 電子移動 / キノン / チトクロム

研究概要

本研究は,絶対嫌気性細菌のクロロビウムおよび通性嫌気性細菌のクロロフレクサスとルブリビバクスを用いて,酸素分子による光合成色素間のエネルギー移動と電子伝達の調節機構を明らかにすることを目的とした.あわせて,光合成の酸素のある環境への適応と進化の関係を考察した.
1.クロロビウムの光捕集色素構造であるクロロソームに複数種類のキノンが存在することを,前年までの日本-デンマーク両研究室の共同研究で明らかにしたことを受けて,その分布と機能を調べた.その結果,キノン分子は,クロロソームの内部深くに存在すると考えられた.キノンの役割は,酸化的環境でエネルギー移動を阻害することにより,光酸素障害を防止するものであることが,はっきりした.また,キノンの関与しない類似のエネルギー移動の阻害もあることがわかった.阻害率は,キノンのある場合で97%に達するのに対し,キノンのない場合は70%程度であった.
2.光合成電子伝達反応に対する酸化的環境の意味について,反応中心結合型チトクロムに注目して,日本,イタリア,フランスの分担者を中心に予備的実験を行った.チトクロムの酸化還元電位を改変して実験を行うために必要な遺伝子操作の系を確立し,表面電荷の異なるチトクロムを作成した.
3.絶対嫌気性の光合成細菌でも,酸素の環境に適応する機構を備えていることが明らかになった.光合成細菌の進化を考えると,通性嫌気性細菌が最初に出現し,絶対嫌気性および絶対好気性の光合成細菌がその後生じたとする説が妥当である.エネルギー移動の調節および電子伝達の調節の両面で,環境の酸化還元状態への適応が重要である.

研究成果

• [文献書誌] Hanada, S.: "Porphyrobacter tepidarius sp.nov.,amoderately thermophylic aerobic photosythetic bacterium isolated from a hot spring." Int.J.Syst.Bacteriol.47. 408-413 (1997)
• [文献書誌] Frigaard, N.-U.: "Quinones in chlorosomes of green sulfur bacteria and their role in the redox-dependent fluorescence studied in chlorosome-like bacteriochlorophyllc aggregates." Arch.Microbiol.167. 343-349 (1997)
• [文献書誌] Osyczka, A.: "Electron transfer from high potential iron-sulfur protein and low potential cytochrome c-551 to the primary donor of Rubrivivaxgelatinosusreaction center mutationally devoid of the bound cytochrome subunit." Biochim.Biophys.Acta. 1231. 93-99 (1997)
• [文献書誌] Nagashima, K.V.P.: "Horizontal transfer of genes coding for the photosynthetic reaction centers of purple bacteria." J.Mol.Evol.45. 131-136 (1997)