光合成酸素発生反応機構の解明:マンガンクラスターによる水分解反応の直接検出

阐明光合析氧反应机理：锰簇直接检测水分解反应

基本信息

批准号：
14780518
负责人：
木村行宏
金额：
$ 2.11万
依托单位：
The Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

光化学系IIマンガン(Mn)クラスターの配位構造及びMnクラスターが水を酸化して酸素を発生する反応機構を明らかにすることを目的とした。本年度は下記1-3について研究を行った。1.低波数(650-350cm^<-1>)赤外分光法により同位体標識(^<15>N及び^<13>C)された光化学系IIコア標品(ラン藻Synechocystis sp.PCC6803)の光誘起赤外吸収差スペクトルを測定し、Mhクラスターの骨格振動もしくはMnと酸素配位子間の相互作用に由来するバンドを特定した。また、低波数領域におけるアミノ酸配位子の炭素及び酸素に由来するバンドを特定した。2.Mnクラスターの推定上の配位子と考えられているD1タンパク質のC末端アラニン(D1-Ala344)を構造的に最も類似性の高いグリシンに変異させることにより、Mnクラスターの骨格構造やアミノ酸配位子の配位構造を反映する振動モードに顕著な変化が見られたことから、C末端アラニンがMnクラスターの配位子であることを強く示唆する結果が得られた。また、複数のカルボキシレートを有する金属キレーターがMnクラスターの配位構造を変形させることを明らかにした。3.光合成酸素発生反応の4つの状態間遷移に対応する光誘起赤外吸収スペクトル(1700-800cm^<-1>)を測定した。得られたスペクトルに対する^<15>N及び^<13>C同位体置換の効果について分析し、アミノ酸配位子に由来する振動を特定した。この領域ではH_2^<18>O置換の効果が見られなかったため、650-350cm^<-1>の領域について各状態間遷移に対応するH_2^<18>O置換の効果を検証した。その結果、650-600cm^<-1>に全ての状態間遷移において同位体シフトが観測され、これらがMnクラスターによる水分解反応もしくは酸素発生反応に密接に関与するクラスターの骨格構造の変化を反映するものであることが示された。

本研究的目的是阐明光系统II锰（Mn）团簇的配位结构以及Mn团簇氧化水产生氧气的反应机制。今年，我们针对以下1-3点进行了研究。 1.测量光系统II核心样本（蓝细菌集胞藻属sp.），并鉴定源自Mh簇的骨架振动或Mn与氧配体之间的相互作用的谱带。我们还鉴定了源自低波数区域的氨基酸配体中的碳和氧的谱带。 2. 通过将 D1 蛋白的 C 端丙氨酸（D1-Ala344）（被认为是 Mn 簇的假定配体）突变为结构最相似的甘氨酸，与 Mn 簇的主链结构和观察到反映配体配位结构的氨基酸振动模式的显着变化，强烈表明C端丙氨酸是Mn簇配体。我们还发现，具有多个羧酸盐的金属螯合剂会使锰簇的配位结构变形。 3.测量了光合析氧反应的四种状态之间的转变对应的光致红外吸收光谱(1700-800cm^-1>)。分析 15 N 和 13 C 同位素取代对所得光谱的影响，并鉴定源自氨基酸配体的振动。由于在该区域没有观察到H_2^<18>O取代的影响，因此我们在650-350cm^<-1>区域验证了对应于每个状态转变的H_2^<18>O取代的效果。结果，在所有状态间转变中都在650-600cm^-1处观察到同位素位移，并且这些反映了与Mn团簇的水分解反应或氧析出反应密切相关的团簇的骨架结构的变化。结果表明