耐pH高活性を備えた新種のプラストシアニンのX線結晶構造解析と構造機能相関

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09780632
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 井上 豪 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (20263204)
• キーワード: 光合成 / 電子伝達 / プラストシアニン / シダ植物 / 耐酸性 / X線構造解析 / 【.ot.】ー【.ot.】スタッキング / 分子進化

研究概要

低いpH下でも高活性を保つ全く新規な光合成電子伝達である、シダ植物由来プラストシアニン(PC)について、pH4.5での酸化体および還元体のX線構造解析をそれぞれ1.7A、1.8A分解能で行った。その特異な低pH耐性は、中心金属である銅イオンに配位するHis87のイミダゾール環と、すぐ隣に位置するPhe12の芳香環との間のπ-πスタッキング相互作用にあることが判明した。12番目のアミノ酸は全植物由来PCでLeu12であり、このアミノ酸置換が耐pH高活性と特に深く関係することが分かった。なお、全ブルー鋼蛋白質の中でも配位構造にπ-πスタッキング相互作用が見られたのは初めての報告例である(J.Biol.Chem.,1999,in press)。一方、還元の際の構造変化については、電子伝達経路の1つと考えられているTyr83に水素結合しているGIu59が、プロトン化して側鎖がフリップすることが分かった(Submitted toBiochem.)。また、植物の進化に関する知見を得るため、PCの分子進化について検討を加える目的で、高等植物マンテマ由来PCの野生型および変異体(J.Biochem.,1999,in prcss).緑藻UIVa pertusa由来PC(J.Biol.Chem.,1999,in press)、ラン藻由来PCの酸化体および還元体(Biochem.,1999,in press)のX線構造解析を、それぞれ、2.0A、1.75A.1.6A、1.9A、1.8A分解能で解析した。通常PCの4番目と5番目のβ-ストランドの間には半巻きのα-へリックスがあるが、この部分のアミノ酸配列の相同性が著しく低く、ヘリックスの長さがラン藻やシダ植物由来のPCでは長く、Gly49の保存性と関係することが分かった。PCはその電子供与体であるCytochromeb_6/f複合体を酸性パッチ付近で認識する。高等植物および緑藻由来PCで特に酸性パッチの保存性が高く、7残基の酸性アミノ酸で構成されるが、シダ植物およびラン藻類由来PCでは2残基で、しかも塩基性アミノ酸で中和されていた。ラン藻および一部の緑藻では、Cytochrome b_6/f複合体から光化学系Iへの電子伝達過程はPCとチトクロムC_6が相補的な役割を果たす一方で、高等植物ではPCのみが担うことから、進化の過程で酸性パッチの獲得がPCの進化にとって必須であったことが推測された。

研究成果

• [文献書誌] T.Kohzuma,et al.: "The structure and unusual pH-dependence of plastocyanin from the fern Dryopteris crassirhizoma:the protonation of an active-site histidine is hindered by :【.ot.】ー【.ot.】 interactions." J.Biol.Chem,. (in press.). (1999)
• [文献書誌] T.Inoue,et al.: "Crystal structure determinations of oxidized and reduced plastocyanin from the cyanobacterium Symechococcus sp.PCC 7942." Biochemistry,. (in press.). (1999)
• [文献書誌] T.Inoue,et al.: "Crystallization and preliminary X-ray analysis of plastocyanin from cyanobacterium Synecochoccus sp.PCC 7942." Acta.Cryst.,D,in press. (1999)
• [文献書誌] N.Shibata,et al.: "Novel Insight into the Copper-Ligands Geometry in the Crystal Structure of Ulva pertusa Plastocyanin at 1.6 A resolution." J.Biol.Chem.,. 274,. 4225-4230 (1999)
• [文献書誌] Y.Sasakawa,et al.: "Spectroscopic characterization and kinetic studies of a novel plastocyanin from the green alga Ulva pertusa." Inorganica Chimica Acta,. 283,. 184-192 (1998)
• [文献書誌] H.Sugawara,et al.: "Crystal structures of wild-type and mutant plastocyanins from higher plant Silene" J.Biochem.(in press). (1999)
• [文献書誌] H.Matsuura,et al.: "A novel mode of target recognition suggested by the 2.0 A structure of holo S100B from bovine brain" Structure,. 6,. 233-241 (1998)
• [文献書誌] H.Hashimoto,et al.: "Crystalization and preliminary X-ray crystallographic analysis of archaeal O^6-methylguanine-DNA metyltransferase." Acta Cryst.,. D54,. 1395-1396 (1998)
• [文献書誌] C.Li,et al.: "Structure of Azurin-I from Denitrifying Bacterium Aicaligenes Xylosoxidans NCIMB 11015 at 2.05 A Resolution." Acta Cryst.,. D54,. 347-354 (1998)
• [文献書誌] T.Inoue,et al.: "Type 1 Cu Structure of Blue Nitrite Reductase from Alcaligenes xylosoxidans GIFU 1051 at 2.05 A resolution:A comparison betwen Blue and Green Nitrite Reductases." J.Biochem,. 124,. 876-879 (1998)
• [文献書誌] T.Inoue,et al.: "Crystallization and Preliminary X-ray Study of iso-2 Azurin from Methylotrophic Bacterium,Methylomonas J." Acta,Cryst.,. D55,. 307-309 (1999)
• [文献書誌] Y.Kai,et al.: "Three-dimensional structure of phosphoenolopyruvate carboxylase:A proposed novel mechanism for allosteric inhibition" Proc.Natl.Acad.Sci.USA,. 96,. 823-828 (1999)