DIRECTED MUTAGENESIS OF PHOTOSYNTHETIC OXYGEN EVOLUTION

光合放氧的定向诱变

基本信息

  • 批准号:
    2734651
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 17.25万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    1989
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    1989-12-01 至 2001-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The long-term objective is to understand the operation of metal-ion clusters and electron/proton transfer processes in biology. The specific goal is to understand the mechanism of photosynthetic water oxidation. Oxygenic photosynthesis provides the molecular oxygen and fixed carbon required to sustain all animal life. The proposed work will identify amino acid residues that coordinate the manganese and calcium ions at the catalytic site of water oxidation or whose protonation properties influence the reactivity of the manganese cluster. Identification of these residues will impose new constraints on models for the operation of the manganese cluster, and will enable such models to be placed in the context of protein structure. The information obtained will be applicable to other metal-ion clusters, and to the study of membrane proteins and biological electron and proton transfer processes in general. Electron and proton transfer reactions can be studied more easily and precisely in photosynthetic than in mitochondrial systems because both processes can be conveniently initiated with light. In oxygenic photosynthesis, Photosystem II (pSII) uses light to extract electrons from water and donate them into an electron transport chain that generates the chemical free energy and reducing equivalents required for carbon fixation. PSII photochemistry takes place in a heterodimer of two polypeptides known as D1 and D2. A cluster of four manganese ions accumulates four oxidizing equivalents in response to this photochemistry, then oxidizes two molecule of water by a process that requires calcium and releases molecular oxygen as a by-product. The proposed work will (l) determine if specific amino acid residues of the D1 polypeptide (e.g, Asp- 170, His-332, Glu-333, His-337, and Asp-342) ligate the Mn cluster, (2) characterize the role of specific amino acid residues of the D1 polypeptide in the binding of calcium (e.g., Asp-59, Asp-61, His-332, Glu- 333, His-337, and Asp-342), (3) further characterize the influence of particular residues of the D1 polypeptide on the operation of the intact Mn cluster (e.g., Asp61, His-92, and Glu-189), and (4) identify amino acid residues whose protonation properties influence the energetics and mechanism of water oxidation. Mutants with substitutions of the latter residues would contain Mn clusters that are significantly perturbed or are non-functional and that exhibit altered patterns of proton release. The required mutations have already been constructed by us in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803.
长期目标是了解金属离子的运作 生物学中的簇和电子/质子转移过程。具体的 目标是了解光合水氧化的机制。 产氧光合作用提供分子氧和固定碳 维持所有动物生命所必需的。拟议的工作将鉴定氨基 协调锰离子和钙离子的酸残基 水氧化的催化位点或其质子化性质 影响锰簇的反应活性。识别这些 残留物将对模型的运行施加新的限制 锰簇,并将使此类模型能够放置在上下文中 蛋白质结构。所获得的信息将适用于其他 金属离子簇,以及膜蛋白和生物的研究 一般电子和质子转移过程。电子和质子 转移反应可以更容易、更精确地研究 光合作用比线粒体系统更重要,因为这两个过程都可以 方便地用光引发。 在氧气光合作用中,光系统 II (pSII) 利用光来提取氧气 来自水中的电子并将它们捐赠到电子传输链中 产生化学自由能和还原所需的当量 碳固定。 PSII 光化学发生在两个异二聚体中 称为D1和D2的多肽。四个锰离子簇 响应这种光化学积累四个氧化当量, 然后通过需要钙和的过程氧化两个水分子 释放分子氧作为副产品。拟议的工作将 (l) 确定 D1 多肽的特定氨基酸残基(例如,Asp- 170、His-332、Glu-333、His-337 和 Asp-342) 连接 Mn 簇,(2) 表征 D1 的特定氨基酸残基的作用 钙结合中的多肽(例如,Asp-59、Asp-61、His-332、Glu- 333、His-337 和 Asp-342),(3)进一步表征了 D1多肽的特定残基对完整序列的操作 Mn 簇(例如 Asp61、His-92 和 Glu-189),以及 (4) 识别氨基酸 其质子化性质影响能量的残基和 水氧化机理。 后者取代的突变体 残留物将含有受到显着扰动或 非功能性的并且表现出改变的质子释放模式。 这 我们已经构建了所需的突变 蓝藻集胞藻属 sp. PCC 6803。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Site-directed photosystem II mutants with perturbed oxygen-evolving properties. 2. Increased binding or photooxidation of manganese in the absence of the extrinsic 33-kDa polypeptide in vivo.
具有扰动释氧特性的定点光系统 II 突变体。
  • DOI:
  • 发表时间:
    1994-05-24
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Chu, H A;Nguyen, A P;Debus, R J
  • 通讯作者:
    Debus, R J
Impact of mutations within the putative Ca2+-binding lumenal interhelical a-b loop of the photosystem II D1 protein on the kinetics of photoactivation and H2O-oxidation in Synechocystis sp. PCC6803.
光系统 II D1 蛋白的假定 Ca2 结合腔内螺旋 a-b 环内的突变对集胞藻中光活化和 H2O 氧化动力学的影响。
  • DOI:
  • 发表时间:
    1999-05-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Qian, M;Dao, L;Debus, R J;Burnap, R L
  • 通讯作者:
    Burnap, R L
Amino acid residues that influence the binding of manganese or calcium to photosystem II. 1. The lumenal interhelical domains of the D1 polypeptide.
影响锰或钙与光系统 II 结合的氨基酸残基。
  • DOI:
    10.1021/bi00017a016
  • 发表时间:
    1995-05-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    H. Chu;A. Nguyen;R. Debus
  • 通讯作者:
    R. Debus
Histidine 332 of the D1 polypeptide modulates the magnetic and redox properties of the manganese cluster and tyrosine Y(Z) in photosystem II.
D1 多肽的组氨酸 332 调节光系统 II 中锰簇和酪氨酸 Y(Z) 的磁性和氧化还原特性。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2000-01-18
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Debus, R J;Campbell, K A;Peloquin, J M;Pham, D P;Britt, R D
  • 通讯作者:
    Britt, R D
The manganese and calcium ions of photosynthetic oxygen evolution.
光合作用放出氧气的锰离子和钙离子。
  • DOI:
    10.1016/0005-2728(92)90133-m
  • 发表时间:
    1992-10-16
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    R. Debus
  • 通讯作者:
    R. Debus
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