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

• 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

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，并合成ATP，ATP通常用于活体生物体中的能量代谢，同时使用Proton电化学电位的差异旋转轴，而轴是由电子内部和外部由电子传输系统形成的膜外部和外部的。叶绿体ATP合酶的特征是受到“氧化还原对照”的影响，其中其活性根据细胞内氧化还原态而根据光合条件而变化。氧化还原对叶绿体ATP合酶的控制被认为与适应于光合条件的有效ATP产生有关。该研究主题旨在净化叶绿体ATP合成酶，这些合成酶从单细胞绿色藻ga藻层中衍生成完整的复合物，并最终阐明了氧化还原调节的机制。今年，使用叶绿体ATP合酶的ATP合成/水解活性进行了生化分析，叶绿体ATP合酶将突变引入了去年作为氧化还原控制的区域，该突变是去年作为指标所产生和纯化的。结果，以下四个生化证据已经在氧化还原对照方面揭示了。 1。除了已知的氧化还原敏感的Cys残基对外，还可能还有氨基酸残基，其氧化还原态会影响ATP合成活性。 2。从先前的研究中预测，DDE基序的电荷在氧化还原控制中起重要作用，对于氧化还原控制并不是必需的。 3。构成光合生物独有的序列的β-发蛋白结构域具有抑制ATP合成和水解活性的功能。 4. The Redox loop domain cannot alone redox control of enzyme activity, but when it is in a reduced state, it is summarized that the inhibition of activity by the β-hairpin domain only in the ATP synthesis direction, and concluded that redox control of chloroplast ATP synthase is achieved by the β-hairpin domain and the Redox loop domain, which are unique to photosynthetic organisms, act按照氧化还原状态以协调的方式进行协调。

项目成果

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

• 发表时间: 2022
• 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？

• 发表时间: 2021
• 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

• 发表时间: 2020
• 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

• 发表时间: 2022
• 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