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。

本研究的目的是利用红藻 Cyanidium caldarium 阐明真核光系统 II (PSII) 复合体的晶体结构。通过此，我们将阐明真核生物PSII的结构和功能，阐明其与原核生物PSII结构的差异以及PSII结构在进化过程中的优化过程。此外，我们将对PSII进行高分辨率结构分析，以阐明催化析氧反应的Mn4Ca簇的详细结构以及析氧反应的机理。为了实现这些目标，今年我们提高了晶体分辨率，创建了用于相获取的重原子同构替代产物，并进行了结构分析。直到去年，我们利用嗜热嗜酸红藻Cyanidium caldarium成功纯化和结晶了PSII，并利用Spring-8 X射线收集了分辨率为2.9 Å的衍射数据。今年，为了进一步提高晶体分辨率，我们改进了纯化方法和脱水处理条件，成功获得了分辨率为2.74 Å的衍射数据。除了去年报道的重原子同形取代晶体外，我们还成功地从另外两种类型的重原子取代晶体中获得了物相。使用获得的拓扑信息进行结构分析揭示了 PsbQ' 的三维结构和结合位置，PsbQ' 是红藻中存在的第四种表面蛋白，但我能够做到这一点。此外，还提出了蓝藻中不存在的新跨膜亚基的存在。根据本研究获得的数据，对红藻 PSII 进行详细的结构分析已成为可能。