溶液核磁気共鳴法による光合成色素膜蛋白質複合体の構造と機能解析

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12878108
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 大友 征宇 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (10213612)
• 研究分担者: 小林 正幸 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (70271864) ; 野澤 庸則 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10006322)
• キーワード: 光合成色素 / 膜蛋白質 / 光捕集複合体 / 核磁気共鳴 / バクテリオクロロフィル

研究概要

これまで、色素・膜内蛋白質複合体(LH1)の単離・精製条件の最適化と色素(BChl a)の選択的及び全^<13>C標識を行い、再構成B820サブユニットを作成することに成功した。この過程において、複合体を構成するアポ蛋白質のN末端アミノ酸残基が酸化とメチル化を受けていることを初めて突き止めた。これらの成果は既に国際学術誌に掲載されている。(次頁を参照)
これらの成果を踏まえて、再構成色素-膜蛋白質複合体中の主要なアミノ酸残基の挙動を調べるために、次のように^<15>N-と^<13>C-標識ペプチドを作製した。^<15>NH_4Clを含む培地でRs. rubrumを培養し、^<15>N標識のLH1蛋白を得た。同じ手法により、^<13>CH_3COONaまたは、CH_3^<13>COONaを用いて^<13>Cラベルの蛋白質を作製した。溶媒抽出法により、α-及びβ-サブユニットに分離した後、標識されたサブユニットと天然存在比のサブユニット及び色素分子との組み合わせで820nmに吸収ピークをもつ高濃度複合体の再構成を行った。
異種核多次元相関パルス法を使って,再構成LH1の窒素、炭素並びに水素核の測定を行った結果、色素の中心金属Mgに配位するヒスチジン残基のイミダゾール側鎖が色素の環電流シフトを受けて、プロトンの化学シフトが高磁場側へ大きく変化したことが判明された。さらに錯形成に深く関わる幾つかのアミノ酸残基の同定を行った。これらの情報は、色素バクテリオクロロフィルと相互作用するベブチド側の側鎖部位を検討する有力の手がかりなる。本補助金の助成により、生理的活性を持つ色素膜蛋白複合体で、初めて色素由来の高分解能^1H-^<13>C相関スペクトルを得ることができ、これを含めた結果が近く国際学術雑誌に公表されることになっている(J. Am. Chem. Soc. 2002, in press)。

研究成果

• [文献書誌] Z.-Y.Wang, M.Shimonaga, Y.Muraoka, M.Kobayashi, T.Nozawa: "Methionine oxidation and its effect on the stability of reconstituted subunit of light-harvesting complex from Rhodospirillum rubrum"Eur. J. Biochem.. 268. 3375-3382 (2001)
• [文献書誌] Z.-Y.Wang, M.Shimonaga, Y.Muraoka, M.Kobayashi, T.Nozawa: "Re-identification of the N-terminal amino acid residue and its modification of b-polypeptide of light-harvesting complex I from Rhododospirillum rubrum"Photosynth. Res.. 70(3). 321-323 (2001)
• [文献書誌] S.Luo, Z.-Y.Wang, M.Kobayashi, T.Nozawa: "The dimerization of folded monomers of ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase"J. Biol. Chem.. 276. 7023-7026 (2001)
• [文献書誌] Z.-Y Wang, Y.Muraoka, M.Shimonaga, M.Kobayashi, T.Nozawa: "Selective detection and assignment of the solution NMR signals of bacteriochlorophyll a in a reconstituted subunit of a light-harvesting complex"J. Am. Chem. Soc.. 124(in press). (2002)