光合成タンパク質内での光誘起電子移動

光合蛋白质内的光诱导电子转移

• 批准号: 08218261
• 负责人: 伊藤 繁
• 金额: $ 1.02万
• 依托单位: Okazaki National Research Institutes
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-08218261/
• 关键词: 電子移動; 光合成; 反応中心; クロロフィル; キノン

多種の反応(色素)分子と膜貫通型タンパク質でできた反応中心複合体内で起こる生体光合成の光励起長距離電子移動の機構を検討した.複数の反応分子がペプチド構造と相互作用することにより分子間距離・配向が固定され、反応経路が決定される機構と、各反応分子のエネルギーレベルを調節し、電子のドナー側からアクセプター側まで電荷がズム-ズに流れるよう設計される機構、電荷の生成・消失にともなう誘電緩和を制御する機能性溶媒としての性質を検討した.植物光化学系1ではたらくキノンを還元力の異なる合成分子で置き換え、これらの系でのクロロフィルからキノンへの電子移動速度(23ピコ秒-30ナノ秒)を測定し、その反応の自由エネルギー差(ΔG)依存性から再配置エネルギー(λ)を得た。この値は、異なった構造を持つ紅色細菌で推定された値のほぼ半分であった。しかし、どちらの反応中心でもΔGとλは一致しており、天然の系はともに最適化されていることが明らかにされた。ペプチド鎖(局所環境場)により、ΔGとλ値がうまく合わせられていることが明らかになった。更に、緑色細菌と、最近我々が発見したZnを持つクロロフィルで光合成をしている細菌の光合成反応中心での電子移動の実測を行い、結果尾を解析し、生体内の長距離電子移動機構の共通原理を更に検討した。

我们研究了生物光合作用中光激发长距离电子转移的机制，该机制发生在由各种反应性（染料）分子和跨膜蛋白组成的反应中心复合体中，其中距离和方向是固定的，反应路径是确定的。调节每个反应分子的能级，使电荷有节奏地从电子供体侧流向受体侧。我们研究了旨在减少介电应力的机制及其作为控制与电荷生成和耗散相关的介电弛豫的功能溶剂的特性，测量了从叶绿素到醌的电子转移速率（23 皮秒到 30 纳秒），并测量了重排能量。 (λ)是根据反应的自由能差(ΔG)依赖性获得的。该值大约是具有不同结构的紫色细菌估计值的一半。然而，两个反应中心的 ΔG 和 λ 相同，表明两者在自然系统中都得到了优化。结果表明，ΔG和λ值与肽链（局部环境场）匹配良好。此外，我们还对绿色细菌和最近发现的利用含锌叶绿素进行光合作用的细菌的光合反应中心的电子转移进行了实际测量，并分析了结果，以确定生物体中长距离电子转移的机制。进一步讨论了共同原则。

项目成果

Saeki,K.: "Site-specific mutagenesis of Rhodobacter capsulatus ferredoxinl,FdxN,that functions in nitrogen fixation." J.Biological Chemistry. 271. 31399-31406 (1996)

Saeki,K.：“荚膜红杆菌铁氧化还原蛋白 FdxN 的位点特异性诱变，具有固氮作用。”

Wakao,N.: "Discovery of natural photosynthesis using Zn-containing bacteriochlorophyll in an aerobic bacterium Acidophilium rublum." Plant and Cell Physiology. 37. 889-893 (1996)

Wakao,N.：“在需氧细菌红嗜酸菌中发现使用含锌细菌叶绿素进行自然光合作用。”

Itoh,S.: "Stabilization of P680+at 77K in the quinone-reconstitutedphotosystem II reaction center complex." Plant and Cell Physiology. 37. 833-839 (1996)

Itoh,S.：“醌重建光系统 II 反应中心复合物中 P680 在 77K 下的稳定性。”

Dzuba,S.A.: "Electron spin echo of spin-polarized radicalpairs in the intact and quinone-reconstitutedplant PS I reaction centers." Chemical Physics Letters. 264. 238-244 (1997)

Dzuba,S.A.：“完整和醌重建的植物 PS I 反应中心中自旋极化自由基对的电子自旋回波。”

Baba,K.: "Photoinhibition of photosystem I electron transfer activity in isolated PS I preparations with different chlorophyll contents." Photosynthesis Research. 47. 121-130 (1996)

Baba,K.：“具有不同叶绿素含量的分离 PS I 制剂中光系统 I 电子转移活性的光抑制。”