紅藻Cyanidium caldarium由来光化学系II複合体のX線結晶構造解

红藻 Cyanidium caldarium 光系统 II 复合体的 X 射线晶体结构分析

基本信息

批准号：
09J03958
负责人：
足立秀行
金额：
$ 0.9万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J03958/
关键词：
膜タンパク質光合成 X線結晶構造解析光化学系II 酸素発生紅藻

项目摘要

本研究の目的は紅藻Cyanidium caldariumを用いて、真核生物の光化学系II (PSII)複合体の結晶構造を明らかにすることである。それにより真核生物におけるPSIIの構造と機能を解明するとともに、原核生物PSIIの構造との違いと進化に伴うPSII構造の最適化の過程を明らかにする。さらに高分解能でのPSIIの構造解析を行い、酸素発生反応を触媒しているMn4Caクラスターの詳細な構造と、酸素発生反応のメカニズムを解明する。これらを遂行するため、今年度では結晶の分解能の向上、位相取得のための重原子同型置換体の作成、及び構造解析を行った。昨年度まで好熱性、好酸性紅藻Cyanidium caldariumを用いてPSIIの精製・結晶化を行い、Spring-8のX線を利用して分解能2.9Åの回折データを収集することに成功していた。本年度では、結晶の分解能をさらに向上させるため、精製方法・脱水処理条件の改善などを行い、分解能2.74Åの回折データを得ることに成功した。また重原子同型置換体作成では昨年報告した重原子の他に、さらに2種の重原子置換体結晶から位相を取得することに成功した。得られた位相情報を用いて構造解析を行った結果、シアノバクテリアには存在せず、紅藻に存在する4つ目の表在性タンパク質であるPsbQ'の立体構造・結合位置を明らかにすることができた。さらにシアノバクテリアには存在しない新たな膜貫通サブユニットの存在も示唆された。本研究で取得したデータをもとに、紅藻PSIIの詳細な構造解析が可能となった。

这项研究的目的是阐明使用红藻蓝藻Caldarium的真核光化系统II（PSII）复合物的晶体结构。这将阐明真核生物中PSII的结构和功能，以及原核PSII的结构与由于进化而优化PSII结构的过程之间的差异。此外，我们将在高分辨率下对PSII进行结构分析，以阐明MN4CA簇的详细结构，从而催化氧气进化反应和氧演化反应的机理。为此，今年我们进行了改进的晶体分辨率，创造了重原子同构替代，以进行相处和结构分析。直到去年，使用嗜热和嗜酸性红藻类氰基烷烷酸钙质体纯化和结晶，并成功收集了使用Spring-8 X射线的2.9Å分辨率收集的衍射数据。在今年，为了进一步改善晶体的分辨率，我们通过改善纯化方法和脱水处理条件，成功地获得了2.74Å的衍射数据。除了去年报道的重原子外，在沉重的原子的产生中，这些相位还从另外两个重原子晶体中成功获得。使用获得的相信息进行了结构分析，并揭示了PSBQ的三维结构和结合位置，PSBQ'是一种在蓝细菌中不存在的第四个浅表蛋白，并存在于红藻中。此外，还提出了蓝细菌中不存在新的跨膜亚基。基于本研究中获得的数据，对红藻PSII的详细结构分析成为可能。