複合体結晶構造解析で明らかにする高等植物に特有な光還元力分配システムの構造基盤

复杂晶体结构分析揭示高等植物特有的光还原配电系统的结构基础

基本信息

批准号：
17687008
负责人：
栗栖源嗣
金额：
$ 19.3万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

フェレドキシン(Fd)は光化学系1複合体から電子を受け取り、解離会合を繰り返しながら、炭素、窒素、硫黄の各代謝系へ光還元力を分配する電子伝達蛋白質である。改変体を用いた相互作用解析から、電子を受け取る側のFd依存性酵素は、各々Fdの異なったアミノ酸残基を認識していることが判っている。私は、電子伝達複合体の形成が光還元力の分配機構と密接に係わっていると考えており、電子伝達複合体の構造研究を進めてきた。平成18年度までにFdが係わる電子伝達複合体の2つ目の構造として、硫黄同化に働く亜硫酸還元酵素(SiR)とFdとの複合体結晶構造解析に成功した。平成19年度には、光合成電子伝達がチラコイド膜に還流する循環電子伝達の分子経路の候補である、シトクロムb_6f複合体とFdとの複合体構造解析に取り組んだ。高等植物のシトクロムb_6f複合体の精製方法は確立しているが、サブユニットの一つとして結合しているFd-NADP^+還元酵素(FNR)の結合比率が1:0.8程度と低く、Fdとの複合体状態はもとより、b_6f複合体単体の結晶化にも成功することが出来なかった。この問題を解決するには、FNR結合の構造基盤を解明し、より安定で均一なシトクロムb_6f複合体の調整法を確立する必要性が指摘された。そこで、トウモロコシの葉緑体中に存在する、膜結合型、可溶型のFNR分子種を結晶解析し、N末端20残基の構造が膜結合性と可溶性を規定している構造基盤を指摘することができた。この構造基盤をもとに、現在、シロイズナズナ(Arabidopsis thaliana)を用いて組換え体を導入し、膜結合性の構造基盤を確認中である。今後は、膜結合性の組換え体を精製中に適宜加える事で、FNRの結合比率を確保し、結晶化を試み続ける予定である。

铁氧化还原蛋白 (Fd) 是一种电子转移蛋白，它从光系统 1 复合体接收电子，并通过反复解离和缔合将光还原能力分配给碳、氮和硫代谢系统。使用变体的相互作用分析表明，每种接收电子的 Fd 依赖性酶识别 Fd 中的不同氨基酸残基。我认为电子传输络合物的形成与光还原力的分布机制密切相关，并一直在进行电子传输络合物的结构研究。到2006年，我们成功分析了Fd和亚硫酸还原酶（SiR）之间的复合物的晶体结构，该复合物在硫同化中起作用，作为涉及Fd的电子传输复合物的第二个结构。 2007年，我们对细胞色素b_6f复合物与Fd之间的复合物进行了结构分析，该复合物是循环电子转移的候选分子途径，其中光合电子转移流回类囊体膜。尽管已经建立了纯化高等植物细胞色素b_6f复合物的方法，但作为亚基之一结合的Fd-NADP^+还原酶(FNR)的结合比低至约1:0.8，使得难以将Fd和Fd结合起来，我们不仅无法成功结晶b_6f的络合物状态，而且无法成功结晶单个b_6f络合物。为了解决这一问题，有人指出，有必要阐明FNR结合的结构基础，建立更稳定、统一的细胞色素b_6f复合物的调控方法。因此，我们对玉米叶绿体中存在的膜结合和可溶性 FNR 分子种类进行了晶体分析，并指出 N 端 20 个残基的结构决定了膜结合和溶解度。基于这一结构基础，我们目前正在将重组体引入拟南芥并确认膜结合的结构基础。未来我们计划在纯化过程中酌情添加膜结合重组体，以保证FNR的结合率，并继续尝试结晶。

项目成果

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专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

光合成における電子伝達超分子系の役割

电子传输超分子系统在光合作用中的作用

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
蛋白質・核酸・酵素 50
影响因子：
0
作者：
Wayne NL;Kuwahara K;Aida K;Nagahama Y;Okubo K;J.Yan et al.;栗栖源嗣
通讯作者：
栗栖源嗣

高校生のための東大授業ライブ

面向高中生的东京大学直播课程

DOI：
发表时间：
2007
期刊：
影响因子：
0
作者：
Cramer;W.A.;Zhang;H.;Yan;J.;Kurisu;G.;Smith;J.L.;栗栖源嗣;J.Yan et al.;G.Kurisu et al.;W.A.Cramer et al.;W.A.Cramer et al.;S.Okutani et al.;栗栖源嗣
通讯作者：
栗栖源嗣

Binding Sites of lipophilic quinine and quinine analogue inhibitors in the cytochrome b_6f complex of oxygenic photosynthesis

产氧光合作用细胞色素 b_6f 复合物中亲脂性奎宁和奎宁类似物抑制剂的结合位点

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
Biochem., Soc., Trans. 33
影响因子：
0
作者：
Cramer;W.A.;Zhang;H.;Yan;J.;Kurisu;G.;Smith;J.L.;栗栖源嗣;J.Yan et al.;G.Kurisu et al.;W.A.Cramer et al.
通讯作者：
W.A.Cramer et al.

Structural Basis for the distinctive subchloroplast location of three maize leaf ferredoxin:NADPH oxidoreductases

三种玉米叶铁氧还蛋白独特叶绿体下位置的结构基础：NADPH氧化还原酶