ホウレンソウ光化学系IIの酸素発生複合体近傍のNa結合部位の同定

Identification of a Na-Binding Site near the Oxygen-Evolving Complex of Spinach Photosystem II.

• Jimin Wang
• Joshua M Perez-Cruet
• Hao-Li Huang
• Krystle Reiss
• Christopher J Gisriel
• Gourab Banerjee
• Divya Kaur
• Ipsita Ghosh
• Alisha Dziarski
• M R Gunner
• Victor S Batista
• Gary W Brudvig

抄録

光化学系II(PSII)の酸素発生複合体(OEC)は、4つの酸化還元活性Mnイオンと1つの酸化還元不活性Caイオンからなるオキソマンガンクラスターであり、近くに2つのClイオンが結合している。ナトリウムは塩化物イオンと水酸化物イオンの共通の対イオンであり、OECの近くにナトリウム特異的な結合部位があることはこれまで確認されていなかった。本研究では、ホウレンソウPSIIの酸素発生活性がNa濃度、特に高pHで上昇することを明らかにした。最近発表された2つのPSIIの低温電子顕微鏡マップの解析と量子力学計算、多形連続体静電シミュレーションの組み合わせにより、OEC近傍にNa特異的な結合部位が存在することが示唆された。

The oxygen-evolving complex (OEC) of photosystem II (PSII) is an oxomanganese cluster composed of four redox-active Mn ions and one redox-inactive Ca ion, with two nearby bound Cl ions. Sodium is a common counterion of both chloride and hydroxide anions, and a sodium-specific binding site has not been identified near the OEC. Here, we find that the oxygen-evolution activity of spinach PSII increases with Na concentration, particularly at high pH. A Na-specific binding site next to the OEC, becomes available after deprotonation of the D1-H337 amino acid residue, is suggested by the analysis of two recently published PSII cryo-electron microscopy maps in combination with quantum mechanical calculations and multiconformation continuum electrostatics simulations.