葉緑体NDH複合体の生化学解析

叶绿体 NDH 复合物的生化分析

• 批准号: 07F07142
• 负责人: 鹿内 利治 (2008)
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Kyoto University (2008)Kyushu University (2007)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07F07142/
• 关键词: 葉緑体; 光合成; NDH; 光化学系I; サイクリック電子伝達; チラコイド膜; 葉緑体呼吸; シロイヌナズナ; エチオプラスト; シアノバクテリア; 葉緑体; 光合成; NDH; 光化学系I; サイクリック電子伝達; チラコイド膜; 葉緑体呼吸; シロイヌナズナ; エチオプラスト; シアノバクテリア

葉緑体NDH複合体は、光化学系Iサイクリック電子伝達を触媒し、大腸菌のNDH-1複合体と類似している。しかしながら電子供与体(大腸菌においてはNADH)結合サブユニットは未知であり、電子供与体も不明である。NDHに触媒されるサイクリック電子伝達経路の解明には、NDH複合体の全サブユニット構成の解明が必須である。我々はblue-native電気泳動により、チラコイド膜においてNDH複合体が光化学系Iと超複合体を作ることを明らかにした。また、超複合体のプロテオミクス解析によりそれを構成するサブユニットについて詳細な情報を得た。さまざまな変異株のバックで詳細なサブユニットの安定性解析を行ったところ、葉緑体NDH複合体は4つのサブコンプレックスからなり、そのうち二つはシアノバクテリアの複合体に保存されているが、残りの二つについては、葉緑体に特異的であった。このことは葉緑体NDH複合体がシアノバクテリアの複合体とは異なる機能を持つ可能性を示唆している。また、マイナーなLHCI分子種が、NDHとPSIの超複合体の形成に必須であることを明らかにした。このLHCIがないとNDH複合体はおそらくモノマーで存在し、部分的に安定性を欠いた。しかし、チラコイド膜でのフェレドキシン依存のプラストキノン還元活性は大きく減少し、このLHCIを欠く変異株は、もう一つのサイクリック電子伝達を欠くpgr5の変異株バックで、著しい光合成の異常を示した。このことは、NDHと光化学系Iの超複合体形成が、in vivoでのサイクリック電子伝達活性に必須であることを示している。我々の結果は、NDHと光化学系Iの超複合体の内部での電子移動の可能性を示している。

叶绿体NDH复合物催化光系统I环状电子转移，类似于大肠杆菌的NDH-1复合物。但是，电子供体（大肠杆菌中的NADH）结合亚基是未知的，并且电子供体也未知。为了阐明由NDH催化的环状电子传输途径，必须阐明NDH复合物的整个亚基结构。我们已经揭示了NDH复合物通过蓝色本地电泳在类囊体膜中形成光系统I超复合物。此外，对超复合物的蛋白质组学分析提供了有关构成它们的亚基的详细信息。对各种突变菌株进行了详细的亚基稳定性分析，叶绿体NDH复合物由四个亚复合物组成，其中两个在蓝细菌络合物中保守，而其余两个则是叶绿体的特异性。这表明叶绿体NDH复合物可能具有与蓝细菌复合物不同的功能。我们还透露，次要LHCI分子物种对于形成NDH和PSI的超复合物至关重要。没有这个LHCI，NDH综合体可能存在于单体中，并且部分不稳定。然而，依赖铁蛋白依赖性质喹酮在类囊体膜上的还原活性显着降低，并且缺乏LHCI的突变体在PGR5突变体背部显示出明显的光合作用异常，由于缺乏循环电子转运。这表明NDH和光系统I的超复合形成对于体内的环状电子传输活性至关重要。我们的结果证明了在NDH和Photosystem I的超复合物中电子传输的可能性。