紅藻由来光化学系II複合体の結晶化と構造解析

红藻光系统 II 复合物的结晶和结构分析

基本信息

批准号：
23657037
负责人：
沈建仁
金额：
$ 2.5万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、好酸・好熱性紅藻Cyanidium caldariumから高い酸素発生能を持つ光化学系II複合体(PSII)を高純度に単離精製し、その結晶化を行い、X線結晶構造を解明することである。これまですでに同紅藻PSIIの結晶化に成功しており、SPring-8の放射光X線を用いて分解能3-5AのX線回折データを収集した。本研究では、結晶の質と分解能を向上させるため、結晶化条件の改善、結晶の抗凍結剤置換条件の改善、および結晶の脱水処理条件の最適化により、2.75A分解能を与える結晶の析出に成功し、SPring-8のX線を利用して同分解能でX線回折データを収集した。さらにさまざまな重原子化合物を用いて、重原子同型誘導体を作成し、X線回折データを収集した。得られたデータを解析した結果、3種類の重原子同型誘導体から位相情報を取得した。これらの位相情報を用いて、重原子同型置換法によって分析した結果、紅藻PSIIの初期電子密度図を得た。この電子密度図に基づき、初期のPSII構造を構築した。その結果、現在高分解能で構造が解析されている好熱性シアノバクテリアThermosynechococcus vulcaflus由来PSIIでは存在しない酸素発生系の表在性サブユニット、PsbQ'の結合部位を同定することができた。さらに膜貫通領域でもシアノバクテリアPSIIでは存在しない新たなヘリックスの存在が示唆され、紅藻PSIIの構造がシアノバクテリアPSIIの構造と明らかに異なる点があることが示唆された。現在紅藻PSII構造の精密化を行っているが、本申請者が他の科研費課題の実施に専念するため、本課題は本来の研究期間より短縮して終了することになった。

本研究的目的是从嗜酸、嗜热的红藻Cyanidium caldarium中分离纯化出具有高产氧能力的光系统II复合物（PSII），将其结晶，并获得其X射线晶体结构。关于找出答案。我们已经成功结晶了红藻PSII，并使用SPring-8的同步加速器X射线收集了分辨率为3-5A的X射线衍射数据。在本研究中，为了提高晶体的质量和分辨率，我们改进了结晶条件，改进了晶体的冷冻保护剂替换条件，并优化了晶体脱水处理条件，以提高晶体析出，获得了2.75A分辨率，并成功收集了X射线衍射。使用 SPring-8 的 X 射线以相同的分辨率获取数据。此外，我们使用各种重原子化合物创建了重原子同构衍生物，并收集了 X 射线衍射数据。分析所获得的数据的结果，从三种类型的重原子同构衍生物获得了相位信息。利用该相位信息，通过重原子同构置换法进行分析，得到红藻PSII的初始电子密度图。基于该电子密度图，构建了初始 PSII 结构。结果，我们能够识别出 PsbQ' 的结合位点，PsbQ' 是产氧系统的一个表面亚基，而嗜热蓝细菌 Thermosynechococcus vulcaflus 的 PSII 中不存在 PsbQ' 的结合位点，目前其结构已得到高分辨率分析。此外，跨膜区域中存在蓝藻PSII中不存在的新螺旋，这表明红藻PSII的结构与蓝藻PSII的结构明显不同。我们目前正在完善红藻PSII的结构，但由于申请人将集中精力实施其他科研资助项目，因此该项目将比原研究周期更短的时间完成。