ＥＮＤＯＲ法による光合成酸素発生における基質水分子の同定及び反応メカニズムの解明

使用 ENDOR 方法识别底物水分子并阐明光合产氧的反应机制

基本信息

批准号：
14J11113
负责人：
長嶋宏樹
金额：
$ 2.05万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J11113/
关键词：
マンガンクラスター磁気共鳴酸素発生光化学系II 光合成電子スピン共鳴電子核二重共鳴電子スピン共鳴(ESR,EPR)電子核二重共鳴(ENDOR)水分解酸素発生 Mnクラスター水分解触媒水分解メカニズム

项目摘要

酸素発生型光合成は光エネルギーを利用して、二酸化炭素を化学エネルギー源である糖に変換する反応で、水を電子源として酸素を作り出す。光合成における酸素発生は植物やシアノバクテリアのもつ葉緑体の光化学系IIタンパク質複合体内にあるMnクラスターで行われる。マンガンクラスターは酸化状態の異なる5つの状態S0-S4を持ち、光エネルギーを吸収して酸化され状態が遷移する。最も酸化されたS4状態になると酸素を作り出して最も還元されたS0状態へと戻る。近年のX線結晶構造解析の分解能向上によりマンガンクラスターの構造が明らかにされ、基質の候補と成る4つの配位水分子の位置も明らかにされたが、各S状態遷移における構造変化やプロトン放出機構は未だ明らかではない。本研究ではさらにマンガンクラスター近傍に位置する水、アミノ酸に加えて、添加したメタノール分子のプロトンの位置について電子核二重共鳴測定により明らかにした. メタノール分子はマンガンクラスター近傍の重要な水素結合ネットワークにはおらず、間接的にマンガンクラスターと相互作用していることがわかり、また、近年計算手法により提案された水素放出機構や基質水分子の取り込みを阻害しないことがわかった。メタノールの位置解明は、プロトン放出や基質水分子の取り込み機構解明への手がかりとなる重要な成果で、The journal of physical chemistry letters誌に2017年1月に掲載された.(Nagashima and Mino, J Phys Chem Lett, 2017, 8, 621-625)

产氧光合作用是利用光能将二氧化碳转化为化学能源糖，并利用水作为电子源产生氧气的反应。光合作用过程中的氧气生成发生在植物和蓝细菌叶绿体光系统 II 蛋白复合体内的 Mn 簇中。锰簇有五种不同的氧化态，S0-S4，当它们吸收光能并被氧化时会经历状态转变。当它达到最氧化的S4状态时，它产生氧气并返回到最还原的S0状态。最近X射线晶体结构分析分辨率的提高已经阐明了锰簇的结构，并且还揭示了作为潜在底物的四个配位水分子的位置，但每个S态转变期间的结构变化和质子释放已经被揭示。其机制尚不清楚。除了位于锰簇附近的水和氨基酸之外，这项研究还利用电子核双共振测量揭示了添加的甲醇分子中的质子位置。发现甲醇分子在锰簇附近形成了重要的氢键网络。与锰簇间接相互作用，并且它们不会抑制氢释放机制或底物水分子的吸收，这是近年来使用计算方法提出的。甲醇位置的阐明是为阐明质子释放和底物水分子摄取机制提供线索的重要成果，于2017年1月发表在《物理化学快报》杂志上。（Nagashima and Mino, J Phys. Chem莱特, 2017, 8, 621-625)