クロロフィル生合成における二つのニトロゲナーゼ類似酵素からみた光合成の進化

从叶绿素生物合成中两种固氮酶类酶的角度看光合作用的进化

• 批准号: 07J10733
• 负责人: 野亦 次郎
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Nagoya University
• 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-07J10733/
• 关键词: ニトロゲナーゼ; クロロフィル; バクテリオクロロフィル; 立体構造解析; 光学特件; ポルフィリン環; クロリン環; 立体特異的; プロトクロロフィリド; クロロフィリドa; 鉄硫黄クラスター

(バクテリオ)クロロフィル生合成系の後期過程には、ニトロゲナーゼに類似しだ2つの酵素、暗所作動型プロトクロロフィリド還元酵素(DPOR)とクロロフィリドa還元酵素(COR)が存在し、各々ポルフィリンのD環、B環を立体特異的に還元することにより、(バクテリオ)クロロフィルの光学特性を決定づけている。本研究ではDPORと基質プロトクロロフィジドの共結晶化を行ない、得られた立体構造情報に基づき、DPORによるクロリン環形成反応機構、特にD環の炭素間二重結合の立体特異的還元(トランス還元)機構の解明を試みた。その結果、DPORの活性中心を構成するアスパラギン酸残基D274と、基質自身のプロピオン酸が、D環の炭素原子C17とC18へとプロトンを供与することで立体特異的な還元反応が行なわれることが強く示唆された。植物を含む多くの光合成生物においては、LPOR(光依存型プロトクロロフィリド還元酵素)がDPORと同じ反応を触媒することが知られている。LPORによる反応では、基質結合部位を形成するチロシン残基と補酵素NADPHがC17、C18へのプロトン供与に関わることが示唆されているが、どうやって立体特異的に付加するのかは明らかにされてこなかった。その理由の1つには、LPORの結晶化の報告が無く、トランス還元機構を解明する手掛かりが得られていなかったことが挙げられる。今回、私達はDPORの立体構造を手掛かりに、クロリン環形成反応を明らかにした。それは基質自身のプロトンを利用するという、非常にユニークな反応機構であった。クロロフィル合成系においてこのような反応機構を有する酵素の例は、これまで報告が無い。本研究で得られた知見は、光合成生物がクロロフィルの光学特性をどのように決定しているのかを理解する上で重要な手掛かりを与えるものである。

在（细菌）叶绿素生物合成系统的后期过程中，存在两种类似于氮酶，黑暗作用原氯地叶还原酶（DPOR）和叶绿素A还还原酶（COR），并通过（细菌）植物的光学特性确定了（细菌）的光学特性。在这项研究中，进行了DPOR和底物原氯嗪的共结晶，并基于获得的空间结构信息，我们试图阐明DPOR通过DPOR（尤其是定型的还原（Trans balauction）机制的氯蛋白环形成机制，尤其是D环的机制。结果，强烈建议，构成DPOR的活性中心的天冬氨酸残基D274，丙酸（底物本身）将质子捐赠给D环的碳原子C17和C18，从而进行了立体特定的还原反应。在包括植物在内的许多光合生物中，众所周知，LPOR（光依赖性原氯地赖叶叶还原酶）催化与DPOR相同的反应。在与LPOR的反应中，有人提出形成底物结合位点和辅酶NADPH的酪氨酸残基参与质子向C17和C18捐赠，但尚未澄清如何执行空间特异性添加。原因之一是没有关于LPOR结晶的报道，也没有线索可以澄清跨性别机制。在本文中，我们使用DPOR的3D结构来指示氯蛋白环形成反应。它是一种非常独特的反应机制，利用底物本身的质子。到目前为止，尚无在叶绿素合成系统中具有这种反应机制的酶的例子。在这项研究中获得的发现提供了重要的线索，以了解光合生物如何确定叶绿素的光学特性。

项目成果

NB-protein (BchN-BchB) of dark-operative protochlorophyllide reductase is the catalytic component containing oxygen-tolerant Fe-S clusters

• DOI: 10.1016/j.febslet.2008.03.018
• 发表时间: 2008-04-16
• 期刊: FEBS LETTERS
• 影响因子: 3.5
• 作者: Nomata, Jiro;Ogawa, Takuro;Fujita, Yuichi
• 通讯作者: Fujita, Yuichi

光非依存型(暗所作動型)プロトクロロフィリド還元酵素の解析

不依赖于光（暗操作）的原叶绿素还原酶的分析

• 发表时间: 2008
• 作者: 齊藤隆;藤河秀喜;羽賀望;伊藤正樹;野亦次郎・江端梢・村木則文・志波智生・栗栖源嗣・藤田祐一
• 通讯作者: 野亦次郎・江端梢・村木則文・志波智生・栗栖源嗣・藤田祐一

クロロフィル生合成系におけるニトロゲナーゼ類似酵素の阻害剤

叶绿素生物合成系统中固氮酶类酶的抑制剂

• 发表时间: 2007
• 作者: J. Nomata;M. Kitashima;T. Ogawa;K. lnoue;Y. Fujita;後藤武知・南崎啓・藤田祐一;Y. Fujita;藤田祐一;藤田祐一;野亦次郎・溝口正・民秋均・藤田祐一
• 通讯作者: 野亦次郎・溝口正・民秋均・藤田祐一