ラン藻の部位特異的変異体の分光測定による光合成機構の解明

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14540607
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 野口 巧 筑波大学, 物質工学系, 助教授 (60241246)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 杉浦 美羽 大阪府立大学, 大学院・農学生命科学科, 助手 (80312255) ; 池内 昌彦 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 教授 (20159601)
• Keywords: 光合成 / 光化学系II / ラン藻 / 赤外分光法 / 熱発光

Research Abstract

光化学系IIのCP43蛋白質のC末端にヒスチジンタグを導入した好熱ラン藻Thermosynechococcus elongatus(H43)を用い、今回はさらに、D2蛋白質の160番目のチロシン残基をフェニルアラニンに置換した変異体(D2-Y160F)を作成した。このチロシン残基はY_Dと呼ばれ、光化学系II白質中において第一電子供与体クロロフィルP_<680>へ直接的電子供与体であるD1-Y161(Y_z)と対称的な位置に存在し、副次的電子供与体として働いている。Y_Dは、通常の生理条件下では安定な中性ラジカルとして存在しているが、D2-Y160F変異体ではY_Dが欠損しており、そのラジカル形成能が失われている。この変異体を用いて、P_<680>の酸化の際の光誘起フーリエ変換赤外(FTIR)差スペクトル、及び、酸素発生系のS_2中間体と第一キノン電子受容体Q_A間の熱発光を測定し、光化学系IIおけるY_Dの主電子移動経路への影響とその役割を調べた。熱発光測定では、野生株(43H)でもD2-Y160Fの場合でも、同じ温度に発光ピークが観測された。しかし、P_<680>^+/P_<680>FTIRスペクトルでは、1751cm^<-1>のピークが約10cm^<-1>低波数シフトしていた。このことから、Y_Dの有無は酸素発生マンガンクラスター及びQ_A、のポテンシヤルにはほとんど影響しないが、P_<680>のカルボメトキシC=O基の水素結合状態、または、P_<680>の近傍蛋白質の構造を僅かに変化させていることが示唆された。この微小な構造変化がP_<680>の酸化還元電位を上げ、P_<680>上の正電荷をYz及び酸素発生マンガンクラスターに移動させやすくしていると考えられる。

Research Products

• [Publications] T.Noguchi: "Analysis of flash-induced FTIR difference spectra of the S-state cycle in the photosynthetic water-oxidizing complex by uniform ^<15>N and ^<13>C isotope labeling"Biochemistry. 42・20. 6035-6042 (2003)
• [Publications] M.Higuchi: "Over-reduced states of the Mn-cluster in cucumber leaves induced by dark-chilling treatment"Biochemical Biophysica Acta. 1604. 151-158 (2003)
• [Publications] T.Noguchi: "Protonation structures of Cys-sulfinic and Cys-sulfenic acids in the photosensitive nitrile hydratase revealed by Fourier transform infrared spectroscopy"Biochemistry. 42・40. 11642-11650 (2003)
• [Publications] 野口 巧: "光合成による酸素発生のはじまりとそのメカニズム"化学と生物. 41・5. 322-328 (2003)