Structural study of photo energy conversion system of light harvesting complex from photobacterium

发光细菌光捕获复合物光能转换系统的结构研究

• 批准号: 22K06111
• 负责人: 谷 一寿
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Mie University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K06111/
• 关键词: クライオ電子顕微鏡; 光合成細菌由来; コア光捕集複合体; LH1-RC

可視光が届かないような湖底、温泉、海水から身近な田んぼにまで、広い棲息域で適応し高効率の光合成を行っている光合成細菌は、太陽光利用における恰好のモデル生物である。近縁種でも培養温度差や棲息環境が幅広いクロマチア科に焦点をあて、光合成の中心的役割を果たすコア光捕集-反応中心複合体（LH1-RC）の立体構造と機能相関に着目する。これらLH1-RCを比較することで、吸収帯の近赤外領域シフト、至適棲息温度、Caイオン存在/非存在下の安定性、反応中心RCより放出された電荷を伝達するキノン類の移動経路、といった最適化の特徴・仕組みを明らかにすることを目的としている。当該年度では、クライオ電子顕微鏡を用いて、クロマチア科の１つであるアロクロマチウム・テピダム由来のLH1-RCの立体構造を決定し、journal of biological chemistgry誌上に論文発表した（"A Ca2+-binding motif underlies the unusual properties of certain photosynthetic bacterial core light-harvesting complexes", Tani et al., 298:101967, doi:10.1016/j.jbc.2022.101967）。アロクロマチウム・テピダムのLH1サブニットは、アイソフォームに依存してCaイオン結合サイトと非結合サイトをもつ場合に分類される。今回、立体構造を決定できたことで、Caイオンが特異的に結合できる仕組みを明らかにした。また、発見したCaイオン結合に必須なアミノ酸配列の特徴は、Caイオンの結合性が実験的に確認されていない光合成細菌のLH1-RCにもみられることから、広範囲に採用されている可能性があることがわかった。

光合细菌适应了广泛的栖息地，从湖底，温泉和可见光无法到达的海水，到熟悉的稻田，并且是高效的光合作用，是太阳能使用的理想模型生物。我们专注于染色体家族，即使在近亲中也具有广泛的培养温度差异和栖息地环境，并着重于核心光收集反应中心络合物（LH1-RC）的三维结构和功能率，在光合作用中起着核心作用。通过比较这些LH1-RCS，目的是阐明优化的特征和机制，例如吸收带的近红外区域移动，最佳栖息地温度，存在/不存在CA离子的稳定性以及Quinones的迁移路径，这些奎因酮的迁移路径从反应中心RC发出电荷。 In this year, the three-dimensional structure of LH1-RC derived from Allochromatium tepidam, one of the Chromatiaceae, was determined using a cryo-electron microscope, and published a paper in the journal of biologic chemistgry ("A Ca2+-binding motif underlies the unusual properties of certain photosynthetic bacteria core light-harvesting complexes", Tani et al., 298：101967，doi：10.1016/j.jbc.2022.101967）。异胞菌 - 露天lh1子NIT被归类为在具有Ca-ion结合和非结合位点的情况下，具体取决于同工型。这次，确定了3D结构，我们已经阐明了CA离子可以特异性结合的机制。此外，在LH1-RC中也可以看到氨基酸序列的发现的特征，LH1-RC是一种光合细菌，其CA离子的结合特性尚未在实验中得到证实，并且可能以多种方式采用它们。

项目成果

Cryo-EM structure of an LH1-RC Photocomplex from an Extremophilic Phototroph

来自极端嗜光生物的 LH1-RC 光复合物的冷冻电镜结构

• 发表时间: 2022
• 作者: Kazutoshi Tani;Ryo Kanno;Keigo Kurosawa;Shinichi Takaichi;Kenji V. P. Nagashima;Malgorzata Hall;Long-Jiang Yu;Yukihiro Kimura;Michael T. Madigan;Akira Mizoguchi;Bruno Humbel;Zheng-Yu Wang-Otomo
• 通讯作者: Zheng-Yu Wang-Otomo

クライオ電子顕微鏡によるタンパク質の立体構造決定技術支援

使用冷冻电子显微镜测定蛋白质结构的技术支持