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2007 Fiscal Year Annual Research Report

生物による水素エネルギー生産を目指した光合成の水分解機構と分子構造に関する研究

Research Project

Project/Area Number 18770116
Research InstitutionOsaka Prefecture University

Principal Investigator

杉浦 美羽  Osaka Prefecture University, 生命環境科学研究科, 助教 (80312255)

Keywords光合成電子伝達系 / 酸素発生 / 光化学系II / 好熱性シアノバクテリア / 部位特異的変異 / 生体エネルギー変換
Research Abstract

光合成の初期課程では,太陽光工ネルギーが照射されると,光化学系IIのP_<680>クロロフィルが電荷分離されて電子を生み出して電子伝達が始まる。一方,光化学系IIはMn4Ca錯体の触媒作用によって水を酸化し,イオン化されたP_<680>に電子を渡す。この第一電子供与体となるP_<680>は推定+1.2Vという生物界で最も高い酸化還元電位を保持している。この高い電位の為に生物は水を酸化する機能を持つことができる。研究第2年目に当たる平成19年度では,P_<680>と考えられているクロロフィル分子のリガンドとなるアミノ酸D1-His198をAlaおよびGlnに置換した好熱性シアノバクテリアの遺伝子組変え体を作製し,置換による表現型の変化,P_<680>周辺の分子構造と水の酸化機能への影響について調べた。その結果,クロロフィルのMgはそのまま残っており,AlaとMgの間には水が存在することを確認した。表現型としては光に対して敏感になり,光アンテナの減少が認められたが,酸化還元電位の変化は小さく,水の酸化機能には全く影響しないことが分かった。
ところで,このアミノ酸(D1)をコードする遺伝子psbAはゲノム上に3つあり,配列は同一ではない。本年度は,これらのホモローグ遺伝子の発現様式,および,それらの違いによる水の酸化機能の違いについても調べた。その結果,通常の培養条件下ではpsbA1が発現しており,強光のストレスを与えるとpsbA3が誘導されてくることが分かった。psbA1とpsbA2を破壊してpsbA3のみを発現させた変異体の光化学系IIはpsbA1で構成される光化学系IIよりも1.8倍の高い水の酸化活性を持っていることが明らかになった。この理由については,3年目で明らかにしたい。

  • Research Products

    (14 results)

All 2008 2007

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (7 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Low temperature illuminations of Photosystem II from Thermosynechococcus elongatus by visible and near-infrared lights2008

    • Author(s)
      Boussac, A., Sugiura, M., Lai, T.-L.and Rutherford, A.W.
    • Journal Title

      Philosophical Transactions of the Royal Society:B 363

      Pages: 1203-1210

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Influence of Histidine-198 of the Dl subunit on the properties of the primary lectron donor,P_680,of Photosystem II Thermosynechococcus elongatus2008

    • Author(s)
      Sugiura, M., Boussac, A., Noguchi, T.and Rappaport, F.
    • Journal Title

      Biochim.Biophys.Acta(Bioenergetics) 1778

      Pages: 331-342

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Flash-induced FTIR Difference Spectroscopy Shows No Evidence for Structural Coupling of Bicarbonate to the Oxygen-Evolving Mncluster in Photosystem II2008

    • Author(s)
      Aoyama, C., Suzuki, H., Sugiura, M.and Noguchi, T.
    • Journal Title

      Biochemistry 47

      Pages: 2760-2765

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A nitrite transporter associated with nitrite uptake by higher plant chloroplasts2007

    • Author(s)
      Sugiura, M, Georgescu, M.N.and Takahashi, M.
    • Journal Title

      Plant Cell Physiol. 48

      Pages: 1022-1035

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ycfl2 is a core subunit in photosystem II complex2007

    • Author(s)
      Kashino, Y., Ikeda, Y., Ban, A., Inoue-Kashino, N., Satoh, K.and Sugiura, M.
    • Journal Title

      Biochim.Biophys.Acta(Bioenergetics) 1767

      Pages: 1269-1275

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Water molecules coupled to the redox-active tyrosine Y_D in Photosystem II as detection by FTIR Spectroscopy2007

    • Author(s)
      Takahashi, R., Sugiura, M.and Noguchi, T.
    • Journal Title

      Biochemistry 46

      Pages: 14245-14249

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] P_680ligand in the oxyen-evolving Photosystem II of Thermosynechococcus elongatus2007

    • Author(s)
      Miwa Sugiura, Alain Boussac, Takumi Noguchi, and Fabrice Rappaport
    • Organizer
      The 14th International Congress on photosynthesis:Satellite Workshop on Solar Energy and Artificial Photosynthesis
    • Place of Presentation
      Royal Society (London)
    • Year and Date
      20070717-19
  • [Presentation] Spectroscopic studies of the Mn_4Ca cluster in mutants and biosynthetically modified photosystem II from Thermosynechococcus elongatus2007

    • Author(s)
      Alain Boussac and Miwa Sugiura
    • Organizer
      Royal Society meeting: How Nature uses sulight to split water
    • Place of Presentation
      Royal Society(London)
    • Year and Date
      20070423-24
  • [Presentation] Effects of P_680 ligand in the oxygen-evolving Photosystem II of Thermosynechococcus elongatus2007

    • Author(s)
      Miwa Sugiura
    • Organizer
      The 14th International Congress on Photosynthesis
    • Place of Presentation
      Glasgow(Scotland)
    • Year and Date
      2007-07-23
  • [Presentation] Spectroscopic studies of the Mn_4Ca cluster in mutans and biosyntheticallt modified Photosystem II from Thermosynechococcus elongatus2007

    • Author(s)
      Alain Boussaz, Miwa Sugiura, Naoko Ishida, Sun Un, Fabrice Rappaport, and A.William Rutherford
    • Organizer
      The 14th International Congress on photosynthesis
    • Place of Presentation
      Glasgow(Scotland)
    • Year and Date
      2007-07-23
  • [Presentation] FTIR study on the proton release pattern duing water oxidation in Photosystem II core complexes from Thermosynechococcus elongatus2007

    • Author(s)
      Hiroyuki Suzuki, Miwa Sugiura, and Takumi Noguchi
    • Organizer
      The 14th International Congress on photosynthesi
    • Place of Presentation
      Glasgow(Scotland)
    • Year and Date
      2007-07-23
  • [Presentation] Structural coupling of water molecules with Y_D in Photosystem II as revealed by FTIR spectroscopy2007

    • Author(s)
      Ryota Takahashi, Miwa Sugiura, and Takumi Noguchi
    • Organizer
      The 14th International Congress on Photosynthesis
    • Place of Presentation
      Glasgow(Scotland)
    • Year and Date
      2007-07-23
  • [Presentation] Influence of the redox active Tyrosine D on the electron transfer in cyanobacterial Photosytem II2007

    • Author(s)
      Malwina Szczepaniak, Miwa Sugiura, and Alfred R.holzwarth
    • Organizer
      The 14th International Congress on Photosynthesis:Satellite Workshop on Photosynthetic Light-Harvesting Systems
    • Place of Presentation
      Dryme(Scotland)
    • Year and Date
      2007-07-12
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 光合成を利用した酸素発生型光合成微生物による水素生産方法2008

    • Inventor(s)
      杉浦 美羽
    • Industrial Property Rights Holder
      大阪府立大学
    • Industrial Property Number
      特願2008-6011
    • Filing Date
      2008-01-15

URL: 

Published: 2010-02-04   Modified: 2016-04-21  

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