光合成の集光装置の発現制御に開わる新規緑/赤色光受容体の機能解析

新型绿/红光感受器在光合作用中调节光捕获装置表达的功能分析

基本信息

批准号：
09J09146
负责人：
広瀬侑
金额：
$ 0.9万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for 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

项目摘要

シアノバクテリアは酸素発生型の光合成を行う原核生物であり光化学系複合体の集光装置としてフィコビリソームを持つ。一部の種のフィコビリソームでは、赤色光を吸収するタンパク質であるフィコシアニンと、緑色光を吸収するタンパク質であるフィコエリスリンの組成が緑・赤色光に応容して調節される。この現象は「補色順化」と呼ばれ、その存在は100年以上も前から認知されていた。近年の解析により、この応答は緑色光吸収型と赤色光吸収型の間を可逆的に光変換するフィトクロム型光受容体(シアノバクテリオクロム)によって制御されることが明らかとなった。申請者らは、この光受容体のテトラピロールであるフィコシアノビリン(PCB)色素が、緑色光吸収型では脱プロトン化され、赤色光吸収型ではプロトン化されていることを発見した。また、光変換に伴うプロトンの脱着には、PCBのC15-ZからC15-Eへの異性化と、色素近傍のアミノ酸残基の両方が必要であった。これまでの知見を合わせて考えると、補色順化の光受容体の吸収型の変換は、PCBのC15-ZからC15-Eへの異性化に伴う、色素近傍の荷電性アミノ酸を介したプロトンの脱着によって引き起こされる事が強く示唆された。さらに、アミノ酸置換変異体の解析により、プロトン化と脱プロトン化に必須なアミノ酸の同定に成功した。このような光変換機構は、既知の赤色光・遠赤色光受容体であるフィトクロムでは、テトラピロール分子が両吸収型でプロトン化されている点とは大きく異なっている。これらの結果は、緑・赤色光変換型のシアノバクテリオクロムの光変換機構の解明における、非常に重要な知見である。

蓝细菌是进行产氧光合作用的原核生物，并具有藻胆体作为光系统复合体的光捕获装置。在某些物种的藻胆体中，藻蓝蛋白（一种吸收红光的蛋白质）和藻红蛋白（一种吸收绿光的蛋白质）的组成根据绿光和红光进行调整。这种现象称为“互补色适应”，100 多年来人们就认识到它的存在。最近的分析表明，这种反应是由光敏色素光感受器（蓝细菌色素）控制的，光敏色素光感受器可在绿光和红光吸收类型之间可逆地转换。作者发现，该光感受器的四吡咯藻蓝蛋白 (PCB) 色素在绿光吸收形式中去质子化，在红光吸收形式中质子化。此外，伴随光转换的质子解吸需要PCB从C15-Z异构化为C15-E以及染料附近的氨基酸残基。综合考虑之前的发现，我们认为补色驯化过程中光感受器吸收类型的转换是由染料附近带电氨基酸介导的质子引起的，这伴随着PCB从C15-Z异构化到C15- E.强烈建议这是由于脱离造成的此外，通过分析氨基酸取代突变体，我们成功地鉴定了质子化和去质子化所必需的氨基酸。这种光转换机制与光敏色素（一种已知的红光和远红光受体）的光转换机制有很大不同，因为四吡咯分子在两种吸收类型中都被质子化。这些结果对于阐明绿/红光转换蓝藻色素的光转换机制是非常重要的发现。