光化学系(監)立体構造解析のための遺伝子解析

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12640641
• 研究機関: 理化学研究所
• 研究代表者: 沈 建仁 理化学研究所, 光合成化学研究室, 先任研究員 (60261161)
• キーワード: 光化学系II / 光合成 / 結晶構造 / 膜蛋白質 / 結晶化 / 酸素発生

研究概要

本研究の目的は、光化学系II複合体の立体構造を解明するため、好熱性らん藻Thermosynechococcus vulcanusより単離・精製し、結晶化した光化学系II複合体の全構成成分を同定し、そのうち、遺伝子配列が未知のものについては、その遺伝子をクローニングし、配列決定することである。前年度の研究により、結晶化された光化学系II複合体は少なくとも13種の膜たんぱく質と3種の膜表在性たんぱく質を含むことが分かった。この内、数種のサブユニットについてはその遺伝子配列が未定であるが、かずさDNA研究所により近縁の好熱性らん藻Thermosynechococcus elongatusの全ゲノム配列決定が行われ、その結果がまもなく公開されることとなったため、T. vulcanusの構造解析に利用可能となった。従って、本年度では、個々のサブユニットの配列決定よりも、光化学系II複合体の結晶構造解析に重点を置いて研究を進めた。位相を決定するため、多数の重原子誘導体を作製、解析し、そのうち有効な位相情報を与える誘導体を数種見つけ、光化学系II複合体の構造を3、7Å分解能で解析した。その結果、ドイツのWittらにより報告されたT. elongatusの3.8Å分解能での光化学系IIの構造と比べ、表在性12kDaたんぱく質の位置が新たに同定された。また、酸素発生反応を直接触媒しているMnクラスターについて、そのリガンドが3つ以上あり、そのうちの一つが反応中心D1たんぱく質のC末端であることが示唆された。これ以外にも、各電子伝達成分間の相対距離や、ルーメン側に突出していることが示唆されているCP47,CP43のループ構造の一部について、より詳細な情報を得ることができた。

研究成果

• [文献書誌] Katoh, H., Itoh, S., Shen, J.-R., Ikeuchi, M.: "Functional Analysis of psbV and a Novel c-type Cytochrome Gene psbV2 of the Thermophilic Cyanobacterium Thermosynechococcus elongatus Strain BP-1"Plat and Cell Physiology. 42・6. 599-607 (2001)
• [文献書誌] Tohri, A., Suzuki, T., Okuyama, S., Kamino, K., Motoki, A., Hirano, M., Ohta, O., Shen, J.-R., Yamamoto, Y., Enami, I.: "Comparison of the structure of the extrinsic 33 kDa protein from different organisms"Plat and Cell Physiology. (In press). (2002)