クロロフィル合成の律速過程プロトクロロフィリド還元酵素の生理生化学的解析

原叶绿素内酯还原酶的生理生化分析，叶绿素合成的限速步骤

基本信息

批准号：
13740456
负责人：
藤田祐一
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Nagoya University (2002)Osaka University (2001)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

クロロフィル(Chl)は、光合成の光反応に必須の色素である一方、光照射により細胞に重篤な傷害をもたらすラジカルを形成する危険な分子でもあるため、細胞はその合成を厳しく制御していると考えられる。その合成制御機構を明らかにする上で、Chl合成系の各過程の生化学的諸性質を明らかにする必要がある。藻類や裸子植物の暗所での緑化を決定づけている光非依存性プロトクロロフィリド(Pchlide)還元酵素(DPOR)は、その推定構造遺伝子の相同性から、ニトロゲナーゼと類似した酵素であると推定されてきたが、その酵素的実体は不明であった。筆者は、光合成細菌Rhodobacter capsulatusを材料とし、DPORのBchLコンポーネントとBchNBコンポーネントの大量発現系を構築した。両発現系の細胞粗抽出液を混合することにより安定なアッセイ系を確立し、DPORのPchlideに対するKm値を10.6μMと決定した。植物と同様の酸素発生型光合成を行うラン藻は、上記のDPORに加え光依存性Pchlide還元酵素(LPOR)を有する。これら二つの酵素系の環境の酸素濃度に対する機能分業を検討するために、二つの酵素系の片方を欠損した一対の変異株を、強光下で種々の酸素濃度の環境下で培養し、その生育とChl含量を測定した。その結果、DPOR欠損株は、いずれの酸素濃度下でも野生株と同様に生育した。これに対し、LPOR欠損株は、酸素濃度0%の嫌気状態では野生株の62%程度の生育速度で生育できたが、酸素濃度の上昇に伴い生育が低下し、酸素濃度5%以上では全く生育できなかった。このことは、ラン藻の進化の初期に、自身の発生する酸素による大気中の酸素分圧の上昇の結果、酸素感受性のDPOR単独ではChl合成が滞る局面が生じ、新たにLPORがDPORの機能を補填するために創出されたことを示唆している。

叶绿素（Chl）是光合作用光反应必需的色素，但它也是一种危险分子，当暴露在光下时会形成自由基，对细胞造成严重损害，因此细胞严格控制其合成。为了阐明合成控制机制，有必要明确叶绿素合成系统中各过程的生化特性。决定藻类和裸子植物在黑暗中变绿的光依赖性原叶绿素 (Pchlide) 还原酶 (DPOR)，根据推测的结构基因的同源性，推测其是与固氮酶类似的酶，但其酶物质尚不清楚。作者利用光合细菌荚膜红杆菌构建了DPOR的BchL和BchNB成分的大规模表达系统。将两种表达系统的粗细胞提取物混合建立稳定的检测体系，测定Pchlide的DPOR Km值为10.6 μM。蓝细菌与植物类似地进行产氧光合作用，除了上述的DPOR之外，还具有光依赖性Pchlide还原酶(LPOR)。为了考察这两种酶系统的功能分工与环境氧浓度的关系，我们在强光和不同氧浓度的环境下培养了一对缺乏这两种酶系统之一的突变菌株。含量进行了测定。结果，DPOR缺陷菌株在任何氧浓度下都与野生型菌株相似地生长。另一方面，LPOR缺陷菌株在氧浓度为0%的厌氧条件下，能够以野生型菌株约62%的速度生长，但随着氧浓度的增加，其生长量下降，无法生长。在氧气浓度为 5% 或更高的情况下我根本无法生长它。这意味着在蓝绿藻进化的早期，由于蓝藻产生的氧气导致大气氧分压增加，出现了一个阶段，其中仅对氧敏感的DPOR延迟了叶绿素的合成，而 LPOR 新成为 DPOR，这表明它的创建是为了补偿 DPOR。