植物細胞の膜におけるプロトンとイオンの輸送

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 62480010
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 西村 光雄 九州大学, 理学部, 教授 (40037255)
• 研究分担者: 荒田 博行 九州大学, 理学部, 助手 (80151166)
• キーワード: 植物細胞のイオン輸送 / 葉緑体 / チラコイド膜 / 液胞膜 / CAM植物 / H^+輸送と有機酸輸送 / 酸素発生系

研究概要

植物細胞と細胞小器官の膜におけるプロトンとイオンの輸送の分子機構とその制御を明らかにし、またイオン輸送と植物細胞の機能維持およびホメオスタシスとの関連を解明した。
1.脱共役状態にある葉緑体チラコイド膜に光照射したときの可逆的H^+放出とチオ-ル基の反応性変化をともなうポリペプチドのコンフォ-メ-ション変化との対応をつけた。また、この変化については、ラット肝ミトコンドリアと紅色細菌クロマトフォアにおいては高エネルギ-化にともなう挙動の性格がチラコイド膜とは異なることも明らかにした。
2.CAM植物においてはリンゴ酸とH^+が日周期的に液胞膜を横切って大量に輸送される。この輸送の機構とその制御についてパッチ・クランプ法による解析を進めた。また、この輸送に際しての電気的中性の維持のためにリンゴ酸とH^+の輸送量の比が1:2に保たれていること、同時に液胞内pHの緩衝とリンゴ酸の輸送量確保のためにイソクエン酸が機能していることを明らかにした。
3.葉緑体チラコイド膜におけるC1^-などアニオンの輸送を他のイオンの輸送や膜内、膜表面の物理的状態変化と関連づけて解析した。またC1^-イオンの局在化と濃縮に関係し、酸素発生系の活性を保つ膜表在性タンパクを光化学系II標品から外した場合のイオンの接近度の変化を定量的に求めた。さらに、これらの膜表在性タンパクと反応中心クロロフィルに電荷を渡すD1ポリペプチドのチロシン残基やマンガン・クラスタ-との位置関係を明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] Arata,H.: "Flash-induced proton release in Rhodopseudomonas sphaeroides spheroplasts." J.Biochem.101. 261-265 (1987)
• [文献書誌] Arata,H.: "Trimethylamine N-oxide respiration by aerobic photosynthetic bacterium,Erythrobacter sp.0Ch 114." J.Biochem.103. 1011-1015 (1988)
• [文献書誌] Iwasaki,I.: "Ionic balance during malic acid accumulation in vacuoles of a CAM plant,Graptopetalum paraguayense." Plant Cell Physiol.29. 643-647 (1988)
• [文献書誌] Yamasaki,H.: "Non-vectorial light-induced H^+ release from CF_1-depleted thylakoid membranes. Absence of correlation to stoichiometric H^+ production and consumption coupled to electron transfer." Plant Cell Physiol.29. 1081-1084 (1988)
• [文献書誌] Isogai,Y.: "Location of manganese atoms in photosystem II studied by EPR power saturation of Signal II_<slow>." Biochim,Biophys.Acta. 936. 259-268 (1988)
• [文献書誌] Isogai,Y.: "Location of D^+ and distribution of surface charges in photosystem II." Biochim.Biophys.Acta. (1990)