One-step purification and functional analysis of the chloroplast ATP synthase complex

叶绿体 ATP 合酶复合物的一步纯化及功能分析

基本信息

批准号：
20J22917
负责人：
秋山健太郎
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J22917/
关键词：
ATP合成酵素レドックス制御クラミドモナス

项目摘要

ATP合成酵素は、ミトコンドリア内膜や葉緑体チラコイド膜上に存在し、電子伝達系によって形成された膜内外のプロトン電気化学ポテンシャル差を駆動力として軸を回転させながら、生体内のエネルギー代謝に普遍的に用いられるATPを合成している。葉緑体ATP合成酵素は、光合成条件によって変動する細胞内酸化還元状態に応じて活性が制御される「レドックス制御」を受けていることが特徴的である。葉緑体ATP合成酵素のレドックス制御は光合成条件に適応した効率の良いATP生産に関与するものと考えられている。本研究課題では、単細胞緑藻クラミドモナス由来の葉緑体ATP合成酵素を完全複合体として精製し、最終的に、そのレドックス制御機構を解明することを目的としている。本年度は、昨年度に作出・精製したレドックス制御に関与する領域に変異を導入した葉緑体ATP合成酵素のATP合成／加水分解活性を指標として生化学的解析を行った。その結果、下記のレドックス制御に関わる4つのことが生化学的に明らかになった。① 既知のレドックス制御感受性Cys残基ペア以外にも酸化還元状態がATP合成活性に影響するアミノ酸残基が存在しうる② 先行研究からレドックス制御に重要な役割を果たすと予想されていたDDEモチーフの電荷はレドックス制御に必須ではない③ 光合成生物に特有の配列を構成するβ-hairpinドメインがATP合成および加水分解活性を阻害する機能をもつ④ Redox loopドメインは、単独では酵素活性のレドックス制御ができないが、還元状態になった時にβ-hairpinドメインによる活性阻害をATP合成方向のみに解除する以上を総括し、葉緑体ATP合成酵素のレドックス制御は光合成生物に特有のβ-hairpinドメインとRedox loopドメインが酸化還元状態に応じて協調的に作用することで成立すると結論付けた。

ATP合酶存在于线粒体内膜和叶绿体类囊体膜上，利用电子传递链形成的膜内外质子电化学势差作为驱动力，使其轴旋转，有助于生物体的能量代谢它合成普遍使用的ATP。叶绿体 ATP 合酶的特征是受到“氧化还原调节”，其中其活性根据细胞内氧化还原状态进行调节，而细胞内氧化还原状态根据光合作用条件而变化。叶绿体 ATP 合酶的氧化还原控制被认为参与适应光合作用条件的高效 ATP 生产。本研究项目的目的是将源自单细胞绿藻衣藻的叶绿体ATP合酶纯化为完整的复合物，并最终阐明其氧化还原控制机制。今年，我们以叶绿体 ATP 合成酶的 ATP 合成/水解活性为指标进行了生化分析，该酶是我们去年创建和纯化的，并在参与氧化还原调节的区域引入了突变。结果，从生物化学角度阐明了与氧化还原控制相关的以下四件事。 ① 除了已知的氧化还原控制敏感的Cys残基对外，可能还有其他氨基酸残基的氧化还原状态影响ATP合成活性。 ② 先前的研究预测DDE基序可能在氧化还原控制中发挥重要作用。电荷的存在对于氧化还原控制来说不是必需的。 ③ β-发夹结构域，构成光合生物特有的序列，具有抑制 ATP 合成和水解活性的功能 ④ 氧化还原。环结构域不能单独氧化还原控制酶活性，但当其进入还原态时，仅在ATP合成方向上解除β-发夹结构域的活性抑制，由此得出β-发夹结构域和氧化还原环结构域，这是光合生物所特有的，根据氧化还原状态协同作用。

项目成果

期刊论文数量（8）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

葉緑体ATP合成酵素のレドックス制御機構：γサブユニットのβ hairpin構造とRedox loop構造の協調と活性調節

叶绿体ATP合酶氧化还原控制机制：γ亚基β发夹结构与氧化还原环结构的协调与活性调控

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
秋山健太郎;若林憲一;久堀徹
通讯作者：
久堀徹

生体内で迅速に起こる葉緑体ATP合成酵素のレドックス応答に関係する変異株の生化学的解析～これまでのレドックス応答への理解は本当に正しいのか？～

与体内快速发生的叶绿体ATP合酶氧化还原反应相关的突变菌株的生化分析 - 目前对氧化还原反应的理解真的正确吗？

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
秋山健太郎;若林憲一;久堀徹
通讯作者：
久堀徹

単細胞緑藻由来の葉緑体ATP合成酵素完全複合体のワンステップ単離と制御機構の解析

单细胞绿藻叶绿体ATP合酶完整复合物的一步分离及调控机制分析

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
秋山健太郎;若林憲一;久堀徹
通讯作者：
久堀徹

葉緑体ATP合成酵素研究：クラミドモナスでできること

叶绿体 ATP 合酶研究：衣藻可以做什么

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
秋山健太郎;小澤真一郎;高橋裕一郎;若林憲一;久堀徹
通讯作者：
久堀徹

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通讯作者：
磯辺智範，高倉有，平野雄二，蘇　リナ，志田隆史，佐藤英介，只野喜一，岡本嘉一，正田純一