結晶構造から解き明かす光合成の光捕集・光電変換とキノン輸送の分子機構

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H04174
• 研究機関: 茨城大学
• 研究代表者: 大友 征宇 茨城大学, 理工学研究科(理学野), 教授 (10213612)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 光合成 / 光捕集 / エネルギー移動 / 光電変換

研究実績の概要

本研究では、先に決定した紅色光合成細菌由来の光捕集反応中心超分子複合体LH1-RCの結晶構造（Nature 508, 228; 2014）に基づいて、(1)光捕集複合体の吸収挙動と構造安定性を制御する構造要因の特定、(2)キノン輸送機構の解明、(3)反応中心複合体の構造と特性の再検証、(4)膜リン脂質と複合体との間に存在する特異的な相互作用の解明を目的とする。さらに、(5)より高分解能での構造解析を目指す。
2018年度まで行ってきた上記計画の項目(1)から(4)に関連するキメラ型光捕集反応中心複合体LH1-RCの作製、特性評価およびリン脂質組成の解析に続き、最終の2019年度には項目(5)に重点的に取り組み、大きな進展があった。ドイツ北部バルトルム島沿岸から採取された紅色硫黄細菌Thiorhodovibrio strain 970のLH1-RC複合体は通常のものよりLH1の近赤外の吸収極大が約80 nm長波長側に現れる。これはバクテリオクロロフィルaをもつ既知の光合成生物の中で最長の吸収極大を示す。最近研究協力者との共同研究でその原因はCa2+によるものであることが明らかになった（Imanishi, M., et al., Biochemistry 58, 2844; 2019）。高純度に精製されたLH1-RCを用いて低温電子顕微鏡による単粒子解析を行った結果、高分解能の立体構造が決定された。LH1中におけるCa2+結合部位、複数種類のLH1ポリペプチドの配置、さらにタンパク質と相互作用している界面活性剤の同定に成功した。現在これらの成果を取りまとめ、近く国際学術誌に投稿する予定である。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Phospholipid distributions in purple phototrophic bacteria and LH1-RC core complexes (2019)
  • 著者名/発表者名: Nagatsuma S.、Gotou K.、Yamashita T.、Yu L.-J.、Shen J.-R.、Madigan M.T.、Kimura Y.、Wang-Otomo Z.-Y.
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics 巻: 1860 ページ: 461～468
  • DOI: 10.1016/j.bbabio.2019.04.001
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A Dual Role for Ca2+ in Expanding the Spectral Diversity and Stability of Light-Harvesting 1 Reaction Center Photocomplexes of Purple Phototrophic Bacteria (2019)
  • 著者名/発表者名: Imanishi Michie、Takenouchi Mizuki、Takaichi Shinichi、Nakagawa Shiori、Saga Yoshitaka、Takenaka Shinji、Madigan Michael T.、Overmann Jorg、Wang-Otomo Zheng-Yu、Kimura Yukihiro
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 58 ページ: 2844～2852
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.9b00351
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Blastochloris tepida, sp. nov., a thermophilic species of the bacteriochlorophyll b-containing genus Blastochloris (2019)
  • 著者名/発表者名: Madigan, M. T, Resnick, S. M., Kempher, M, L., Dolnalkova, A. C., Takaichi, S., Wang-Otomo, Z.-Y., Toyoda, A., Kurokawa, K., Mori, H. and Tsukatani, Y.
  • 雑誌名: Arch. Microbiol. 巻: 201 ページ: 1351-1359
  • DOI: 10.1007/s00203-019-01701-4
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Properties and structure of a low-potential, penta-heme cytochrome c552 from a thermophilic purple sulfur photosynthetic bacterium Thermochromatium tepidum (2019)
  • 著者名/発表者名: Chen, J.-H., Yu, L.-J., Boussac, A., Wang-Otomo, Z.-Y. Kuang, T. & Shen, J.-R.
  • 雑誌名: Photosynth. Res. 巻: 139 ページ: 281-293
  • DOI: 10.1007/s11120-018-0507-y
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] METAL ION-INDUCED STRUCTURAL AND FUNCTIONAL CHANGES IN BACTERIAL LIGHT-HARVESTING COMPLEXES (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Otomo
  • 学会等名: The 3rd International Conference on Solar Fuels (ISF-3), International Conference on Artificial Photosynthesis 2019 (ICARP2019 )
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spectroscopic characterization of a bacteriochlorophyll b-based LH1-RC complexes from thermophilic purple bacterium Blactochloris tepida (2019)
  • 著者名/発表者名: Michie Imanishi , Shinichi Takaichi , Shinji Takenaka, Michael T. Madigan, Seiu Otomo and Yukihiro Kimura
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会大会
• [学会発表] A dual role for calcium in expanding the spectral diversity and stability of LH1-RC photocomplexes of purple phototrophic bacteria (2019)
  • 著者名/発表者名: Michie Imanishi, Mizuki Takenouchi, Shinichi Takaichi, Shiori Nakagawa, Yoshitaka Saga Shinji Takenaka, Michael T. Madigan, Jorg Overmann, Seiu Otomo and Yukihiro Kimura
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会
• [学会発表] 好熱性光合成細菌由来のチトクロムbc1複合体、シャペロニン及びリン酸結合タンパク質の単離精製と結晶化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山下琢也, 川上知朗, 大友征宇
  • 学会等名: 日本光合成学会