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タイトルMutation-induced shift of the photosystem II active site reveals insight into conserved water channels.
ジャーナル・号・ページJ Biol Chem, Page 107475, Year 2024
掲載日2024年6月13日
著者David A Flesher / Jinchan Liu / Jimin Wang / Christopher J Gisriel / Ke R Yang / Victor S Batista / Richard J Debus / Gary W Brudvig /
PubMed 要旨Photosystem II (PSII) is the water-plastoquinone photo-oxidoreductase central to oxygenic photosynthesis. PSII has been extensively studied for its ability to catalyze light-driven water oxidation at ...Photosystem II (PSII) is the water-plastoquinone photo-oxidoreductase central to oxygenic photosynthesis. PSII has been extensively studied for its ability to catalyze light-driven water oxidation at a MnCaO cluster called the oxygen-evolving complex (OEC). Despite these efforts, the complete reaction mechanism for water oxidation by PSII is still heavily debated. Previous mutagenesis studies have investigated the roles of conserved amino acids, but these studies have lacked a direct structural basis that would allow for a more meaningful interpretation. Here, we report a 2.14-Å resolution cryo-EM structure of a PSII complex containing the substitution Asp170Glu on the D1 subunit. This mutation directly perturbs a bridging carboxylate ligand of the OEC, which alters the spectroscopic properties of the OEC without fully abolishing water oxidation. The structure reveals that the mutation shifts the position of the OEC within the active site without markedly distorting the MnCaO cluster metal-metal geometry, instead shifting the OEC as a rigid body. This shift disturbs the hydrogen-bonding network of structured waters near the OEC, causing disorder in the conserved water channels. This mutation-induced disorder appears consistent with previous FTIR spectroscopic data. We further show using quantum mechanics/molecular mechanics methods that the mutation-induced structural changes can affect the magnetic properties of the OEC by altering the axes of the Jahn-Teller distortion of the Mn(III) ion coordinated to D1-170. These results offer new perspectives on the conserved water channels, the rigid body property of the OEC, and the role of D1-Asp170 in the enzymatic water oxidation mechanism.
リンクJ Biol Chem / PubMed:38879008
手法EM (単粒子)
解像度2.14 Å
構造データ

41460

8tow

EMDB-41460, PDB-8tow:
Structure of a mutated photosystem II complex reveals perturbation of the oxygen-evolving complex
手法: EM (単粒子) / 解像度: 2.14 Å

化合物

ChemComp-OEX:
CA-MN4-O5 CLUSTER

ChemComp-FE2:
Unknown entry

ChemComp-CL:
Unknown entry / クロリド

ChemComp-CLA:
CHLOROPHYLL A

ChemComp-PHO:
PHEOPHYTIN A / 132α-(メトキシカルボニル)-31,32-ジデヒ(以下略)

ChemComp-BCR:
BETA-CAROTENE / β-カロチン

ChemComp-LMG:
1,2-DISTEAROYL-MONOGALACTOSYL-DIGLYCERIDE

ChemComp-PL9:
2,3-DIMETHYL-5-(3,7,11,15,19,23,27,31,35-NONAMETHYL-2,6,10,14,18,22,26,30,34-HEXATRIACONTANONAENYL-2,5-CYCLOHEXADIENE-1,4-DIONE-2,3-DIMETHYL-5-SOLANESYL-1,4-BENZOQUINONE

ChemComp-SQD:
1,2-DI-O-ACYL-3-O-[6-DEOXY-6-SULFO-ALPHA-D-GLUCOPYRANOSYL]-SN-GLYCEROL / (2S)-1-O,2-O-ジパルミトイル-3-O-(6-スルホ-6-デオキシ-α-D-グルコピラノシル)グリセロ-ル

ChemComp-LMT:
DODECYL-BETA-D-MALTOSIDE / ドデシルβ-D-マルトシド / 可溶化剤*YM

ChemComp-BCT:
BICARBONATE ION / 炭酸水素アニオン / pH緩衝剤*YM

ChemComp-LHG:
1,2-DIPALMITOYL-PHOSPHATIDYL-GLYCEROLE / ジパルミトイルホスファチジルグリセロ-ル / リン脂質*YM

ChemComp-DGD:
DIGALACTOSYL DIACYL GLYCEROL (DGDG)

ChemComp-HEM:
PROTOPORPHYRIN IX CONTAINING FE

ChemComp-RRX:
(3R)-beta,beta-caroten-3-ol / β-クリプトキサンチン

ChemComp-CA:
Unknown entry / カルシウムジカチオン

ChemComp-HOH:
WATER

由来
  • synechocystis sp. pcc 6803 (バクテリア)
キーワードPHOTOSYNTHESIS / photosystem II / oxygen-evolving complex / D1-D170E / S1 state / transition metals / metalloenzyme

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万見文献について

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お知らせ

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2022年2月9日: EMDBエントリの付随情報ファイルのフォーマットが新しくなりました

EMDBエントリの付随情報ファイルのフォーマットが新しくなりました

  • EMDBのヘッダファイルのバージョン3が、公式のフォーマットとなりました。
  • これまでは公式だったバージョン1.9は、アーカイブから削除されます。

関連情報:EMDBヘッダ

外部リンク:wwPDBはEMDBデータモデルのバージョン3へ移行します

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2020年8月12日: 新型コロナ情報

新型コロナ情報

URL: https://pdbjlvh1.pdbj.org/emnavi/covid19.php

新ページ: EM Navigatorに新型コロナウイルスの特設ページを開設しました。

関連情報:Covid-19情報 / 2020年3月5日: 新型コロナウイルスの構造データ

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2020年3月5日: 新型コロナウイルスの構造データ

新型コロナウイルスの構造データ

関連情報:万見生物種 / 2020年8月12日: 新型コロナ情報

外部リンク:COVID-19特集ページ - PDBj / 今月の分子2020年2月：コロナウイルスプロテーアーゼ

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2019年1月31日: EMDBのIDの桁数の変更

EMDBのIDの桁数の変更

  • EMDBエントリに付与されているアクセスコード(EMDB-ID)は4桁の数字(例、EMD-1234)でしたが、間もなく枯渇します。これまでの4桁のID番号は4桁のまま変更されませんが、4桁の数字を使い切った後に発行されるIDは5桁以上の数字(例、EMD-12345)になります。5桁のIDは2019年の春頃から発行される見通しです。
  • EM Navigator/万見では、接頭語「EMD-」は省略されています。

関連情報:Q: 「EMD」とは何ですか？ / 万見/EM NavigatorにおけるID/アクセスコードの表記

外部リンク:EMDB Accession Codes are Changing Soon! / PDBjへお問い合わせ

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2017年7月12日: PDB大規模アップデート

PDB大規模アップデート

  • 新バージョンのPDBx/mmCIF辞書形式に基づくデータがリリースされました。
  • 今回の更新はバージョン番号が4から5になる大規模なもので、全エントリデータの書き換えが行われる「Remediation」というアップデートに該当します。
  • このバージョンアップで、電子顕微鏡の実験手法に関する多くの項目の書式が改定されました(例：em_softwareなど)。
  • EM NavigatorとYorodumiでも、この改定に基づいた表示内容になります。

外部リンク:wwPDB Remediation / OneDepデータ基準に準拠した、より強化された内容のモデル構造ファイルが、PDBアーカイブで公開されました。

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関連情報:EMDB / PDB / SASBDB / 万見 (Yorodumi) / EMN文献 / 新しいEM Navigatorと万見の変更点

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