耐pH高活性を備えた新種のプラストシアニンのX線結晶構造解析と構造機能相関

一种具有高pH抗性和活性的新型质体蓝素的X射线晶体结构分析及构效关系

基本信息

批准号：
09780632
负责人：
井上豪
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

项目摘要

低いpH下でも高活性を保つ全く新規な光合成電子伝達である、シダ植物由来プラストシアニン(PC)について、pH4.5での酸化体および還元体のX線構造解析をそれぞれ1.7A、1.8A分解能で行った。その特異な低pH耐性は、中心金属である銅イオンに配位するHis87のイミダゾール環と、すぐ隣に位置するPhe12の芳香環との間のπ-πスタッキング相互作用にあることが判明した。12番目のアミノ酸は全植物由来PCでLeu12であり、このアミノ酸置換が耐pH高活性と特に深く関係することが分かった。なお、全ブルー鋼蛋白質の中でも配位構造にπ-πスタッキング相互作用が見られたのは初めての報告例である(J.Biol.Chem.,1999,in press)。一方、還元の際の構造変化については、電子伝達経路の1つと考えられているTyr83に水素結合しているGIu59が、プロトン化して側鎖がフリップすることが分かった(Submitted toBiochem.)。また、植物の進化に関する知見を得るため、PCの分子進化について検討を加える目的で、高等植物マンテマ由来PCの野生型および変異体(J.Biochem.,1999,in prcss).緑藻UIVa pertusa由来PC(J.Biol.Chem.,1999,in press)、ラン藻由来PCの酸化体および還元体(Biochem.,1999,in press)のX線構造解析を、それぞれ、2.0A、1.75A.1.6A、1.9A、1.8A分解能で解析した。通常PCの4番目と5番目のβ-ストランドの間には半巻きのα-へリックスがあるが、この部分のアミノ酸配列の相同性が著しく低く、ヘリックスの長さがラン藻やシダ植物由来のPCでは長く、Gly49の保存性と関係することが分かった。PCはその電子供与体であるCytochromeb_6/f複合体を酸性パッチ付近で認識する。高等植物および緑藻由来PCで特に酸性パッチの保存性が高く、7残基の酸性アミノ酸で構成されるが、シダ植物およびラン藻類由来PCでは2残基で、しかも塩基性アミノ酸で中和されていた。ラン藻および一部の緑藻では、Cytochrome b_6/f複合体から光化学系Iへの電子伝達過程はPCとチトクロムC_6が相補的な役割を果たす一方で、高等植物ではPCのみが担うことから、進化の過程で酸性パッチの獲得がPCの進化にとって必須であったことが推測された。

氧化和还原塑料（PC）的X射线结构分析，这是一种完全新颖的光合电子传输，即使在低pH值下也保持较高的活性，分别在1.7a和1.8a分辨率下进行了质体植物的质氨基蛋白。发现其独特的低pH电阻在His87的咪唑环之间的π-π堆积相互作用中，该咪唑环与中央金属，铜离子和位于其旁边的Phe12的芳族环协调。在整个植物衍生的PC中，第12氨基酸是LEU12，发现该氨基酸取代与高pH耐药性特别密切。这是所有蓝色钢蛋白的第一个报道的例子，即在协调结构中观察到π-π堆积相互作用（J.Biol。Chem。，1999，在Press中）。另一方面，关于还原过程中的结构变化，发现与Tyr83键合的GIU59被认为是电子传输路径之一，质子型和侧链翻转（提交给生物化学）。为了获得有关植物进化的知识，源自较高植物Mantema的PC的X射线结构分析（J. Biochem。，1999，在PRCSS中）。源自绿色藻类Uiva Pertusa的PC（J.Biol。Chem。，1999年，印刷中），并在2.0a，1.75a.1.6a，1.9A，1.9A，1.8A和1.8A的分析中分析了衍生自Cyanobacterium的PC（Biochem。，1999，印刷中）的PC。通常，PC的第四和第五β链之间有半卷的α-螺旋，但是该部分的氨基酸序列同源性明显较低，并且螺旋的长度在PC中长期源自cyanobacteria and Fern植物，并且与Glly49的保护相关。 PC识别其电子供体在酸贴片附近的细胞色素B_6/F复合物。源自较高植物和绿色藻类的PC具有特别高的酸性斑块保存，由7种酸性氨基酸组成，但源自蕨类植物和蓝细菌的PC被两个残基和碱性氨基酸中和。在蓝细菌和一些绿色藻类中，PC和细胞色素C_6在从细胞色素B_6/F复合物到光系统I的电子传输过程中起互补的作用，而PC是高等植物中唯一负责的人，因此据推测，获得PC进化的酸性斑块是必不可少的。