網羅的な部位特異的置換による光合成水分解反応機構の解明

2019 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17K07442
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 植物分子・生理科学
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 長尾 遼 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 特任講師 (30633961)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 光合成 / シアノバクテリア / 赤外分光 / 水分解反応

研究成果の概要

植物、藻類、シアノバクテリアのチラコイド膜内に存在する光化学系II膜タンパク質（PSII）は、水を分解し酸素を発生する光反応酵素タンパク質である。本研究は、光合成水分解反応の各素反応に関与するアミノ酸の部位特異的変異体を作成し、変異体から精製したPSIIを用いて赤外分光測定による詳細な反応機構の解明を目指す。
PSIIの重要なサブユニットであるD1およびD2上のアミノ酸を変異対象とした。D1-Val157, D1-Ser169, D1-Asp170, D1-Asn298, D2-Val156が水分解反応および電子伝達反応において重要な役割を担うことが明らかとなった。

自由記述の分野

生化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究が完遂されることにより、水分解反応におけるアミノ酸配位子のマンガンクラスターへの寄与およびプロトン放出機構が明らかとなる。これは光に弱いPSIIを強化することによる光合成能増強に向けた基盤研究となり、将来的にはイネやトウモロコシなどの有用作物の生産量向上のための応用研究に繋がると考えられるため、その意義は大きい。また、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する人工光合成デバイス、特に光を利用した水分解システムや効率的な水素発生システムの原理構築に繋がり、人工光合成分野の発展も期待できる。