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タイトルStructure of a mutated photosystem II complex reveals changes to the hydrogen-bonding network that affect proton egress during O-O bond formation.
ジャーナル・号・ページJ Biol Chem, Vol. 301, Issue 3, Page 108272, Year 2025
掲載日2025年2月6日
著者David A Flesher / Jieun Shin / Richard J Debus / Gary W Brudvig /
PubMed 要旨Photosystem II (PSII) is the water-splitting enzyme of oxygenic photosynthesis. Using light energy, PSII catalytically oxidizes two water molecules to fuel downstream metabolism, forming an O-O bond ...Photosystem II (PSII) is the water-splitting enzyme of oxygenic photosynthesis. Using light energy, PSII catalytically oxidizes two water molecules to fuel downstream metabolism, forming an O-O bond and releasing O as a byproduct. The reaction mechanism requires the strategic removal of four protons via conserved hydrogen-bonding networks, but these pathways remain poorly understood. Site-directed mutagenesis has been used to study these pathways and the role of specific side chains, such as Lys317 of the D2 subunit. Previous studies showed that the D2-Lys317Ala substitution, which abolishes the flexible hydrogen-bonding -NH group, resulted in delayed O release kinetics and diminished catalytic turnover, suggesting Lys317 has a crucial role in facilitating proton egress. Here, we investigated this proton egress pathway by determining the cryo-EM structure of PSII containing the D2-Lys317Ala substitution at a resolution of 1.97 Å. We observed that four new water molecules fill the space previously occupied by Lys317, but these waters lack specific water-protein interactions, leading to heterogeneity and suboptimal hydrogen bonding. We hypothesize that these waters negatively contribute to the existing hydrogen-bonding network and increase the entropic barrier for proton transfer. Additionally, we observed that a conserved chloride ion (Cl1), which is associated with Lys317, is unexpectedly maintained in D2-Lys317Ala PSII. However, unlike in wild-type, Cl1 has no measured effect on oxygen-evolution rates in D2-Lys317Ala PSII. This suggests that the role of Cl1 is dependent on the Lys317 amino group. These findings provide new insight into proton egress through the Cl1 hydrogen-bonding channel.
リンクJ Biol Chem / PubMed:39922494 / PubMed Central
手法EM (単粒子)
解像度1.97 Å
構造データ

48046

9eh5

EMDB-48046, PDB-9eh5:
Structure of a mutated photosystem II complex reveals changes to the hydrogen-bonding network that affect proton egress during O-O bond formation
手法: EM (単粒子) / 解像度: 1.97 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 / (7S,25R)-2,8α,12,17-テトラメチル-13-ビニル-18-エチル-25-(メトキシカルボニル)-26-(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 / オキシラトぎ酸 / 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 / transition metals / metalloenzyme / mutagenesis / water channel / hydrogen-bond network

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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://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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