【研究分野】植物生理

【研究領域課題番号】10640640 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

光合成 / 光化学反応中心 / 緑色硫黄細菌 / 酸素感受性 / 電子伝達系 / Chlorobium / フェレドキシン / シトクロム / 反応中心 / 鉄-硫黄クラスター / 閃光分光 / メナキノン / 電子伝達 / NADP^+ / FNR

【研究成果の概要】

緑色硫黄細菌Chlorobium tepidumから精製した反応中心複合体(PS-C)では、電子受容体側にはA_0と3種のFe-Sクラスターが、電子供与体側には2個のcyt c-551が電子伝達体として機能している。多連閃光分光実験では、光酸化された初発電子供与体P840^+は、I発目の閃光では半減期約60μ秒、2発目では約100μ秒でcyt c-551により再還元された。この現象は、2個のcyt c-551が反応速度的に等価であるというモデルによって説明でき、電子供与体側に関してはホモダイマー型モデルと矛盾しないと結論された。すなわち、I発目の閃光では2個のcyt c-551が電子を供与できるが、その後のP840とcyt c-551の間の酸化還元平衡(ΔE^0_<cyt>=+53 mV)により2発目では95%のPS-Cで1個のcyt c-551が、5%で2個のcyt c-551が電子を供与するので、みかけの反応速度が低くなるものと説明された。PS-Cは、明所で空気にさらすと電子受容体側が速やかに失活したが、失活部位については検討中である。
C.tepidumから4種の2x[4Fe-4S]型Fdを抽出、精製した。精製PS-C、ホウレンソウFNRの存在下で4種のFdはいずれも高いNADP^+光還元活性を示した。緑色硫黄細菌のFdはこれまで酸素感受性が高いと報告されていたが、C.tepidumのFdは酸素に対して比較的安定で空気中、4℃で6日間後にも10-15%しか失活しなかった。H.mobilisから2種のFdを精製したが、この内の1つは酸素感受性がきわめて高く、4℃、90分で約50%失活した。他の1つは、緑色硫黄細菌のものと同程度に感受性が低かった。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】1998 - 1999

【配分額】3,300千円 (直接経費: 3,300千円)

【研究分野】植物生理

【研究領域課題番号】10044218 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

緑色硫黄細菌 / ヘリオバクテリア / 光化学反応中心 / 鉄-硫黄クラスター / シトクロム / キノン / 電子伝達系 / 光合成 / 反応中心 / 閃光分光 / フェレドキシン / 電子伝達

【研究成果の概要】

緑色硫黄細菌 Chlorobium tepidum から精製した反応中心複合体(PS-C)では、電子受容体側には A_0と3種の Fe-Sクラスターが、電子供与体側には2個の cyt c-551が電子伝達体として機能している。多連閃光分光による研究より、キノンは結合しているが電子伝達の主経路には機能していないと結論された。電子供与体側の研究では、光酸化された初発電子供与体P840^+の閃光I発目、2発目後のcyt c-551による再還元速度に差が見られ、これは2個の cyt c-551が反応速度的に等価であるというモデルによって説明された。電子受容体側に関しては、閃光1、2、3発目後の差吸収スペクトルから、3種の Fe-Sクラスターが電子受容体であり、キノンは関与していないという結論が裏打ちされた。測定された P840^+再還元速度より、P840^+と3種のFe-Sクラスター間の電荷再結合反応速度、還元型 Fe-Sクラスターから反応液への電子の漏れの速度を推定し、その解析から、PS-C複合体の最も溶媒側に露出しているFe-Sクラスターの酸化還元電位は3者の中で最高ではないと結論した。C.tepidumから4種の2x[4Fe-4S]型Fdを抽出、精製した。精製PS-C、ホウレンソウFNRの存在下で4種のFdはいずれも高いNADP^+光還元活性を示しが、親和性には最大約4倍の差があった。
ヘリオバクテリア Heliobacillus mobilis から反応中心(PS-H)を界面活性剤による抽出、ショ糖密度遠心、クロマトグラフィーにより部分精製した。PS-H複合体は数種のポリペプチドを含み、フェレドキシン(Fd)還元活性を示したが活性はまだそれほど高くなく、測定条件について検討を行っている。また、PS-Hは酸素感受性が極めて高かった。H.mobilisから2種のFdを精製したが、この内の1つはPS-Cとの親和性が高かったが、他の1つは低かった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1998 - 1999

【配分額】7,700千円 (直接経費: 7,700千円)

【研究分野】植物生理

【研究領域課題番号】08044223 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

光合成 / 反応中心 / 緑色硫黄細菌 / シトクロム / 鉄硫黄クラスター / 閃光吸光分光 / メナキノン-7 / Fe-Sセンター / 閃光分光

【研究成果の概要】

緑色硫黄細菌Chlorobium tepidumの反応中心は、シトクロムc(cyt c)を結合している。反応中心電子伝達体間の電子伝達のkineticsを多連閃光励起後の吸収分光法により追跡した。閃光照射により生じたP840^+は、1回目の閃光照射1s後には95%が半減期約65μsで、2回目には80%が半減期約100μsで、3回目には約23%が半減期約100μsでcyt cにより還元された。また、他の研究者が報告している1-10μsの成分は、存在しなかった。この時観察された反応速度、酸化還元平衡時のP840^+量、光酸化されたcyt cの蓄積量は、機能的に等価なcyt cが反応中心粒子当たり2個存在するというモデルによって矛盾なく説明することができた。酸化還元平衡のデータは、cyt cの酸化還元電位はP840よりも53mV高く、1個のcyt cの酸化還元状態は他のcyt cの電位に影響を与えないという仮定により矛盾なく説明できた。
反応中心複合体標品は、0.6-1.2個のmenaquinone-7を結合していた。しかし、360-450nmの波長域に亘って10ns-4μsの時間分解能で測定をおこなったが、menaquinone-7の酸化還元を示唆するような吸収変化は観測できなかった。P840^+とA_o^-間の電荷再結合は、正常な状態の反応中心粒子では観測されない。電子受容体側の研究では、4発目の閃光後に約20nsで急速に減衰する成分が存在すること、PSIではμs領域で安定に保持できる電子の数が4であるのに対し、これと相同性が高いと考えられる緑色硫黄細菌反応中心では3個であることが示された。

【研究種目】国際学術研究

【研究期間】1996 - 1997

【配分額】8,700千円 (直接経費: 8,700千円)