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-基本情報
登録情報 | データベース: EMDB / ID: EMD-41460 | |||||||||
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タイトル | Structure of a mutated photosystem II complex reveals perturbation of the oxygen-evolving complex | |||||||||
マップデータ | Sharpened map masked | |||||||||
試料 |
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キーワード | photosynthesis / photosystem II / oxygen-evolving complex / D1-D170E / S1 state / transition metals / metalloenzyme | |||||||||
機能・相同性 | 機能・相同性情報 plasma membrane-derived thylakoid photosystem II / photosystem II oxygen evolving complex / photosystem II assembly / oxygen evolving activity / photosystem II stabilization / photosystem II / photosystem II reaction center / oxidoreductase activity, acting on diphenols and related substances as donors, oxygen as acceptor / photosynthetic electron transport chain / response to herbicide ...plasma membrane-derived thylakoid photosystem II / photosystem II oxygen evolving complex / photosystem II assembly / oxygen evolving activity / photosystem II stabilization / photosystem II / photosystem II reaction center / oxidoreductase activity, acting on diphenols and related substances as donors, oxygen as acceptor / photosynthetic electron transport chain / response to herbicide / extrinsic component of membrane / photosystem II / photosynthesis, light reaction / phosphate ion binding / chlorophyll binding / plasma membrane-derived thylakoid membrane / electron transporter, transferring electrons within the cyclic electron transport pathway of photosynthesis activity / photosynthetic electron transport in photosystem II / photosynthesis / respiratory electron transport chain / manganese ion binding / electron transfer activity / protein stabilization / iron ion binding / calcium ion binding / heme binding / identical protein binding / metal ion binding 類似検索 - 分子機能 | |||||||||
生物種 | Synechocystis sp. PCC 6803 (バクテリア) | |||||||||
手法 | 単粒子再構成法 / クライオ電子顕微鏡法 / 解像度: 2.14 Å | |||||||||
データ登録者 | Flesher DA / Liu J / Wang J / Gisriel CJ / Yang KR / Batista VS / Debus RJ / Brudvig GW | |||||||||
資金援助 | 米国, 1件
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引用 | ジャーナル: J Biol Chem / 年: 2024 タイトル: Mutation-induced shift of the photosystem II active site reveals insight into conserved water channels. 著者: David A Flesher / Jinchan Liu / Jimin Wang / Christopher J Gisriel / Ke R Yang / Victor S Batista / Richard J Debus / Gary W Brudvig / 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. | |||||||||
履歴 |
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-構造の表示
添付画像 |
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-ダウンロードとリンク
-EMDBアーカイブ
マップデータ | emd_41460.map.gz | 30.8 MB | EMDBマップデータ形式 | |
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ヘッダ (付随情報) | emd-41460-v30.xml emd-41460.xml | 51.9 KB 51.9 KB | 表示 表示 | EMDBヘッダ |
FSC (解像度算出) | emd_41460_fsc.xml | 12.7 KB | 表示 | FSCデータファイル |
画像 | emd_41460.png | 142.6 KB | ||
Filedesc metadata | emd-41460.cif.gz | 9.4 KB | ||
その他 | emd_41460_additional_1.map.gz emd_41460_additional_2.map.gz emd_41460_additional_3.map.gz emd_41460_additional_4.map.gz emd_41460_additional_5.map.gz emd_41460_additional_6.map.gz emd_41460_half_map_1.map.gz emd_41460_half_map_2.map.gz | 138.5 MB 152.8 MB 92.8 MB 152.5 MB 152.5 MB 166.8 MB 139 MB 138.8 MB | ||
アーカイブディレクトリ | http://ftp.pdbj.org/pub/emdb/structures/EMD-41460 ftp://ftp.pdbj.org/pub/emdb/structures/EMD-41460 | HTTPS FTP |
-検証レポート
文書・要旨 | emd_41460_validation.pdf.gz | 870.6 KB | 表示 | EMDB検証レポート |
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文書・詳細版 | emd_41460_full_validation.pdf.gz | 870.2 KB | 表示 | |
XML形式データ | emd_41460_validation.xml.gz | 19.9 KB | 表示 | |
CIF形式データ | emd_41460_validation.cif.gz | 26.3 KB | 表示 | |
アーカイブディレクトリ | https://ftp.pdbj.org/pub/emdb/validation_reports/EMD-41460 ftp://ftp.pdbj.org/pub/emdb/validation_reports/EMD-41460 | HTTPS FTP |
-関連構造データ
関連構造データ | 8towMC M: このマップから作成された原子モデル C: 同じ文献を引用 (文献) |
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類似構造データ | 類似検索 - 機能・相同性F&H 検索 |
-リンク
EMDBのページ | EMDB (EBI/PDBe) / EMDataResource |
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「今月の分子」の関連する項目 |
-マップ
ファイル | ダウンロード / ファイル: emd_41460.map.gz / 形式: CCP4 / 大きさ: 178 MB / タイプ: IMAGE STORED AS FLOATING POINT NUMBER (4 BYTES) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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注釈 | Sharpened map masked | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
投影像・断面図 | 画像のコントロール
画像は Spider により作成 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ボクセルのサイズ | X=Y=Z: 0.825 Å | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
密度 |
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対称性 | 空間群: 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
詳細 | EMDB XML:
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-添付データ
-追加マップ: Unsharpened map
ファイル | emd_41460_additional_1.map | ||||||||||||
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注釈 | Unsharpened map | ||||||||||||
投影像・断面図 |
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密度ヒストグラム |
-追加マップ: Scaled D170E map
ファイル | emd_41460_additional_2.map | ||||||||||||
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注釈 | Scaled D170E map | ||||||||||||
投影像・断面図 |
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密度ヒストグラム |
-追加マップ: Local Resolution Map
ファイル | emd_41460_additional_3.map | ||||||||||||
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注釈 | Local Resolution Map | ||||||||||||
投影像・断面図 |
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密度ヒストグラム |
-追加マップ: D170E-minus-WT difference map
ファイル | emd_41460_additional_4.map | ||||||||||||
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注釈 | D170E-minus-WT difference map | ||||||||||||
投影像・断面図 |
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密度ヒストグラム |
-追加マップ: Scaled WT map
ファイル | emd_41460_additional_5.map | ||||||||||||
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注釈 | Scaled WT map | ||||||||||||
投影像・断面図 |
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密度ヒストグラム |
-追加マップ: Sharpened map non-masked
ファイル | emd_41460_additional_6.map | ||||||||||||
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注釈 | Sharpened map non-masked | ||||||||||||
投影像・断面図 |
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密度ヒストグラム |
-ハーフマップ: Half map 1
ファイル | emd_41460_half_map_1.map | ||||||||||||
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注釈 | Half map 1 | ||||||||||||
投影像・断面図 |
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密度ヒストグラム |
-ハーフマップ: Half map 2
ファイル | emd_41460_half_map_2.map | ||||||||||||
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注釈 | Half map 2 | ||||||||||||
投影像・断面図 |
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密度ヒストグラム |
-試料の構成要素
+全体 : photosystem II
+超分子 #1: photosystem II
+分子 #1: Photosystem II protein D1 2
+分子 #2: Photosystem II CP47 reaction center protein
+分子 #3: Photosystem II CP43 reaction center protein
+分子 #4: Photosystem II D2 protein
+分子 #5: Cytochrome b559 subunit alpha
+分子 #6: Cytochrome b559 subunit beta
+分子 #7: Photosystem II reaction center protein H
+分子 #8: Photosystem II reaction center protein I
+分子 #9: Photosystem II reaction center protein J
+分子 #10: Photosystem II reaction center protein K
+分子 #11: Photosystem II reaction center protein L
+分子 #12: Photosystem II reaction center protein M
+分子 #13: Photosystem II manganese-stabilizing polypeptide
+分子 #14: Sll1638 protein
+分子 #15: Photosystem II protein Y
+分子 #16: Photosystem II reaction center protein T
+分子 #17: Photosystem II 12 kDa extrinsic protein
+分子 #18: Cytochrome c-550
+分子 #19: Photosystem II reaction center X protein
+分子 #20: Photosystem II reaction center protein Ycf12
+分子 #21: Photosystem II reaction center protein Z
+分子 #22: CA-MN4-O5 CLUSTER
+分子 #23: FE (II) ION
+分子 #24: CHLORIDE ION
+分子 #25: CHLOROPHYLL A
+分子 #26: PHEOPHYTIN A
+分子 #27: BETA-CAROTENE
+分子 #28: 1,2-DISTEAROYL-MONOGALACTOSYL-DIGLYCERIDE
+分子 #29: 2,3-DIMETHYL-5-(3,7,11,15,19,23,27,31,35-NONAMETHYL-2,6,10,14,18,...
+分子 #30: 1,2-DI-O-ACYL-3-O-[6-DEOXY-6-SULFO-ALPHA-D-GLUCOPYRANOSYL]-SN-GLYCEROL
+分子 #31: DODECYL-BETA-D-MALTOSIDE
+分子 #32: BICARBONATE ION
+分子 #33: 1,2-DIPALMITOYL-PHOSPHATIDYL-GLYCEROLE
+分子 #34: DIGALACTOSYL DIACYL GLYCEROL (DGDG)
+分子 #35: PROTOPORPHYRIN IX CONTAINING FE
+分子 #36: (3R)-beta,beta-caroten-3-ol
+分子 #37: CALCIUM ION
+分子 #38: water
-実験情報
-構造解析
手法 | クライオ電子顕微鏡法 |
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解析 | 単粒子再構成法 |
試料の集合状態 | particle |
-試料調製
緩衝液 | pH: 6.8 |
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凍結 | 凍結剤: ETHANE |
-電子顕微鏡法
顕微鏡 | FEI TITAN KRIOS |
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撮影 | フィルム・検出器のモデル: GATAN K3 (6k x 4k) / 平均電子線量: 38.0 e/Å2 |
電子線 | 加速電圧: 300 kV / 電子線源: FIELD EMISSION GUN |
電子光学系 | 照射モード: FLOOD BEAM / 撮影モード: BRIGHT FIELD / 最大 デフォーカス(公称値): 2.0 µm / 最小 デフォーカス(公称値): 1.0 µm |
実験機器 | モデル: Titan Krios / 画像提供: FEI Company |