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。

蓝细菌是进行氧气生成光合作用的原核生物，并将植物质体作为光系统络合物的光收集器。在某些种类的植物质体中，植物蛋白的组成是一种吸收红光的蛋白质，而植物蛋白（一种吸收绿光的蛋白质）的组成受到响应于绿色和红光的调节。这种现象被称为“互补的颜色适应”，其存在已被认可了100多年。最近的分析表明，该反应受植物色素型光感受器（蓝细菌色素）的控制，该光感受器（Cyanobacteriochrome）可逆地转换绿色和红色的光吸收类型。申请人发现，该光感受器的四吡咯，PCB）染料以吸收绿光形式去质子化，并以红光吸收形式进行质子化。此外，伴有光转换的质子的解吸需要从C15-Z到C15-E的PCB异构化以及染料附近的氨基酸残基。考虑到以前的发现，强烈建议，互补颜色适应的光感受器的吸收型转化是由染料附近的带电氨基酸解吸引起的，并伴随着PCB从C15-Z到C15-E的异构化。此外，通过分析氨基酸取代突变体，我们成功地鉴定出对质子化和去质子化必不可少的氨基酸。这种光转化机制与四吡咯分子在植物色素（一种已知的红色和远红色光受体）中的可吸收形式中质子化的事实有很大不同。这些结果是阐明蓝细菌色素的光转化机理的极其重要的发现，蓝细菌是绿色的光转化类型。