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-基本情報
登録情報 | データベース: PDB / ID: 8tow | |||||||||
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タイトル | Structure of a mutated photosystem II complex reveals perturbation of the oxygen-evolving complex | |||||||||
要素 |
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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 / photosystem II / extrinsic component of membrane / plasma membrane-derived thylakoid membrane / chlorophyll binding / photosynthesis, light reaction / electron transporter, transferring electrons within the cyclic electron transport pathway of photosynthesis activity / phosphate ion binding / photosynthetic electron transport in photosystem II / photosynthesis / respiratory electron transport chain / manganese ion binding / protein stabilization / electron transfer activity / 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 | 電子顕微鏡法 / 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, D.A. / Liu, J. / Wang, J. / Gisriel, C.J. / Yang, K.R. / Batista, V.S. / Debus, R.J. / Brudvig, G.W. | |||||||||
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
構造ビューア | 分子: MolmilJmol/JSmol |
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-ダウンロードとリンク
-ダウンロード
PDBx/mmCIF形式 | 8tow.cif.gz | 1.2 MB | 表示 | PDBx/mmCIF形式 |
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PDB形式 | pdb8tow.ent.gz | 1 MB | 表示 | PDB形式 |
PDBx/mmJSON形式 | 8tow.json.gz | ツリー表示 | PDBx/mmJSON形式 | |
その他 | その他のダウンロード |
-検証レポート
文書・要旨 | 8tow_validation.pdf.gz | 9.2 MB | 表示 | wwPDB検証レポート |
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文書・詳細版 | 8tow_full_validation.pdf.gz | 10 MB | 表示 | |
XML形式データ | 8tow_validation.xml.gz | 265.9 KB | 表示 | |
CIF形式データ | 8tow_validation.cif.gz | 349.4 KB | 表示 | |
アーカイブディレクトリ | https://data.pdbj.org/pub/pdb/validation_reports/to/8tow ftp://data.pdbj.org/pub/pdb/validation_reports/to/8tow | HTTPS FTP |
-関連構造データ
関連構造データ | 41460MC M: このデータのモデリングに利用したマップデータ 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
-集合体
登録構造単位 |
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1 |
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-要素
-Photosystem II ... , 17種, 34分子 AaBbCcDdHhIiJjKkLlMmOoRrTtUuXx...
#1: タンパク質 | 分子量: 39758.141 Da / 分子数: 2 / 由来タイプ: 天然 由来: (天然) Synechocystis sp. PCC 6803 (バクテリア) 参照: UniProt: P16033 #2: タンパク質 | 分子量: 55954.355 Da / 分子数: 2 / 由来タイプ: 天然 由来: (天然) Synechocystis sp. PCC 6803 (バクテリア) 参照: UniProt: P05429 #3: タンパク質 | 分子量: 50344.723 Da / 分子数: 2 / 由来タイプ: 天然 由来: (天然) Synechocystis sp. PCC 6803 (バクテリア) 参照: UniProt: P09193 #4: タンパク質 | 分子量: 39519.238 Da / 分子数: 2 / 由来タイプ: 天然 由来: (天然) Synechocystis sp. PCC 6803 (バクテリア) 参照: UniProt: P09192 #7: タンパク質 | 分子量: 7120.404 Da / 分子数: 2 / 由来タイプ: 天然 由来: (天然) Synechocystis sp. PCC 6803 (バクテリア) 参照: UniProt: P14835 #8: タンパク質・ペプチド | 分子量: 4338.119 Da / 分子数: 2 / 由来タイプ: 天然 由来: (天然) Synechocystis sp. PCC 6803 (バクテリア) 参照: UniProt: Q54697 #9: タンパク質・ペプチド | 分子量: 3976.687 Da / 分子数: 2 / 由来タイプ: 天然 由来: (天然) Synechocystis sp. PCC 6803 (バクテリア) 参照: UniProt: P73070 #10: タンパク質・ペプチド | 分子量: 5114.127 Da / 分子数: 2 / 由来タイプ: 天然 由来: (天然) Synechocystis sp. PCC 6803 (バクテリア) 参照: UniProt: P15819 #11: タンパク質・ペプチド | 分子量: 4476.145 Da / 分子数: 2 / 由来タイプ: 天然 由来: (天然) Synechocystis sp. PCC 6803 (バクテリア) 参照: UniProt: Q55354 #12: タンパク質・ペプチド | 分子量: 3910.639 Da / 分子数: 2 / 由来タイプ: 天然 由来: (天然) Synechocystis sp. PCC 6803 (バクテリア) 参照: UniProt: P72701 #13: タンパク質 | 分子量: 29939.584 Da / 分子数: 2 / 由来タイプ: 天然 由来: (天然) Synechocystis sp. PCC 6803 (バクテリア) 参照: UniProt: P10549 #15: タンパク質・ペプチド | 分子量: 4204.958 Da / 分子数: 2 / 由来タイプ: 天然 由来: (天然) Synechocystis sp. PCC 6803 (バクテリア) 参照: UniProt: P73676 #16: タンパク質・ペプチド | 分子量: 3571.318 Da / 分子数: 2 / 由来タイプ: 天然 由来: (天然) Synechocystis sp. PCC 6803 (バクテリア) 参照: UniProt: P74787 #17: タンパク質 | 分子量: 14256.163 Da / 分子数: 2 / 由来タイプ: 天然 由来: (天然) Synechocystis sp. PCC 6803 (バクテリア) 参照: UniProt: Q55332 #19: タンパク質・ペプチド | 分子量: 4189.036 Da / 分子数: 2 / 由来タイプ: 天然 由来: (天然) Synechocystis sp. PCC 6803 (バクテリア) 参照: UniProt: P72575 #20: タンパク質・ペプチド | 分子量: 4143.993 Da / 分子数: 2 / 由来タイプ: 天然 由来: (天然) Synechocystis sp. PCC 6803 (バクテリア) 参照: UniProt: Q55438 #21: タンパク質 | 分子量: 6736.161 Da / 分子数: 2 / 由来タイプ: 天然 由来: (天然) Synechocystis sp. PCC 6803 (バクテリア) 参照: UniProt: P73528 |
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-Cytochrome b559 subunit ... , 2種, 4分子 EeFf
#5: タンパク質 | 分子量: 9454.577 Da / 分子数: 2 / 由来タイプ: 天然 由来: (天然) Synechocystis sp. PCC 6803 (バクテリア) 参照: UniProt: P09190 #6: タンパク質・ペプチド | 分子量: 4935.784 Da / 分子数: 2 / 由来タイプ: 天然 由来: (天然) Synechocystis sp. PCC 6803 (バクテリア) 参照: UniProt: P09191 |
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-タンパク質 , 2種, 4分子 QqVv
#14: タンパク質 | 分子量: 16494.934 Da / 分子数: 2 / 由来タイプ: 天然 由来: (天然) Synechocystis sp. PCC 6803 (バクテリア) 参照: UniProt: P73048 #18: タンパク質 | 分子量: 17901.045 Da / 分子数: 2 / 由来タイプ: 天然 由来: (天然) Synechocystis sp. PCC 6803 (バクテリア) 参照: UniProt: Q55013 |
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-糖 , 2種, 72分子
#31: 糖 | ChemComp-LMT / #34: 糖 | ChemComp-DGD / |
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-非ポリマー , 15種, 1430分子
#22: 化合物 | #23: 化合物 | #24: 化合物 | ChemComp-CL / #25: 化合物 | ChemComp-CLA / #26: 化合物 | ChemComp-PHO / #27: 化合物 | ChemComp-BCR / #28: 化合物 | ChemComp-LMG / #29: 化合物 | ChemComp-PL9 / #30: 化合物 | ChemComp-SQD / #32: 化合物 | #33: 化合物 | ChemComp-LHG / #35: 化合物 | ChemComp-HEM / #36: 化合物 | #37: 化合物 | ChemComp-CA / #38: 水 | ChemComp-HOH / | |
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-詳細
研究の焦点であるリガンドがあるか | Y |
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-実験情報
-実験
実験 | 手法: 電子顕微鏡法 |
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EM実験 | 試料の集合状態: PARTICLE / 3次元再構成法: 単粒子再構成法 |
-試料調製
構成要素 | 名称: photosystem II / タイプ: COMPLEX / Entity ID: #1-#21 / 由来: NATURAL |
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由来(天然) | 生物種: Synechocystis sp. PCC 6803 (バクテリア) |
緩衝液 | pH: 6.8 |
試料 | 包埋: NO / シャドウイング: NO / 染色: NO / 凍結: YES |
急速凍結 | 凍結剤: ETHANE |
-電子顕微鏡撮影
実験機器 | モデル: Titan Krios / 画像提供: FEI Company |
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顕微鏡 | モデル: FEI TITAN KRIOS |
電子銃 | 電子線源: FIELD EMISSION GUN / 加速電圧: 300 kV / 照射モード: FLOOD BEAM |
電子レンズ | モード: BRIGHT FIELD / 最大 デフォーカス(公称値): 2000 nm / 最小 デフォーカス(公称値): 1000 nm |
撮影 | 電子線照射量: 38 e/Å2 / フィルム・検出器のモデル: GATAN K3 (6k x 4k) |
-解析
CTF補正 | タイプ: PHASE FLIPPING AND AMPLITUDE CORRECTION |
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3次元再構成 | 解像度: 2.14 Å / 解像度の算出法: FSC 0.143 CUT-OFF / 粒子像の数: 129229 / 対称性のタイプ: POINT |