光化学系II酸素発生複合体の結晶化と構造解析

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11169245
• 研究機関: 理化学研究所
• 研究代表者: 沈 建仁 理化学研究所, 光合成科学研究室, 先任研究員 (60261161)
• キーワード: 結晶化 / 構造解析 / 光化学系II / 膜蛋白質 / 複合体 / 酸素発生

研究概要

光化学系II複合体は、14種の膜貫通サブユニットと3種の膜表在性サブユニットを含む、分子量320kDaの超分子複合体である。系II複合体の結晶構造解析を行うため、約35種の重原子同型誘導体を作製し、SPring-8のBL41XU,BL45PXにて、100K,X線波長1.0Åにてデータ収集・分析を行った。その結果、Ta_6Br_<14>の誘導体と母結晶の差パターソン関数から有意な差が得られ、分解能6.0Åでの初期位相を得ることができ、それに基づき光化学系II複合体の初期電子密度図を得た。しかし、多くの誘導体については、母結晶との差パターソン関数において、ノイズレベルが高いため重原子位置を決定することができなかった。これは、重原子ソーキング操作による結晶の同型性の変化が原因と考え、同型性保持に適したソーキング条件(それぞれの重原子の濃度、ソーキング時間)を検討し、その確立を行った。一方、光化学系II複合体には、4原子マンガンからなるクラスターと、3原子以上の鉄が含まれているので、マンガンと鉄のMADデータを収集した。マンガンのMADデータから有意なピークが得られ、それを用いた位相改良を試みている。鉄については、解析可能なデータを得ることができなかった。
構造解析と並行して、より分解能の高い結晶作成を試み、サンプルバッチ・結晶化条件の違いにより、最高3.1Åの回折点を与える結晶を得ることができた。

研究成果

• [文献書誌] Shen J.-R.,Kamiya N.: "Crystallization and the crystal properties of the oxygen evolving photosystem II from Synechococcus vulcanus."Biochemistry. 39・48. 14739-14744 (2000)
• [文献書誌] Enami I.,Yoshihara S.,Tohri A.,Okumura A.,Ohta H.,Shen J.-R.: "Cross-reconstitution of various extrinsic proteins and photosystem II complexes from cyanobacteria, red algae and higher plants."Plant Cell Physiol.. 41・12. 1354-1364 (2000)
• [文献書誌] Al-Khaldi,S.,Coker,J.,Shen,J.-R.,R.L.Burnap: "Characterization of site-directed mutations in the manganese-stabilizing protein of Synechocystis sp. PCC 6803 unable to grow photoauto-trophically in the absence of cytochrome c-550."Plant Mol.Biol.. 43. 33-41 (2000)
• [文献書誌] Ohta H., et al.: "Cloning, expression of the psbU gene, and functional studies of the recombinant 12-kDa protein of photosystem II from a red alga Cyanidium caldarium"Biochem.Biophys.Res.Comm.. 260・1. 245-250 (1999)