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基本情報
登録情報 | データベース: PDB / ID: 9eh5 | ||||||
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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 | ||||||
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![]() | PHOTOSYNTHESIS / photosystem II / oxygen-evolving complex / transition metals / metalloenzyme / mutagenesis / water channel / hydrogen-bond network | ||||||
機能・相同性 | ![]() plasma membrane-derived thylakoid photosystem II / photosystem II oxygen evolving complex / photosystem II assembly / oxygen evolving activity / photosystem II stabilization / photosystem II reaction center / photosystem II / 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 reaction center / photosystem II / 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 / chlorophyll binding / plasma membrane-derived thylakoid membrane / photosynthetic electron transport in photosystem II / phosphate ion binding / photosynthesis, light reaction / : / photosynthesis / respiratory electron transport chain / manganese ion binding / electron transfer activity / protein stabilization / iron ion binding / heme binding / calcium ion binding / metal ion binding / identical protein binding 類似検索 - 分子機能 | ||||||
生物種 | ![]() ![]() | ||||||
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: 1.97 Å | ||||||
![]() | Flesher, D.A. / Shin, J. / Debus, R.J. / Brudvig, G.W. | ||||||
資金援助 | ![]()
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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. 著者: David A Flesher / Jieun Shin / Richard J Debus / Gary W Brudvig / ![]() 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. | ||||||
履歴 |
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構造の表示
構造ビューア | 分子: ![]() ![]() |
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ダウンロードとリンク
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PDBx/mmCIF形式 | ![]() | 1.3 MB | 表示 | ![]() |
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PDB形式 | ![]() | 1.1 MB | 表示 | ![]() |
PDBx/mmJSON形式 | ![]() | ツリー表示 | ![]() | |
その他 | ![]() |
-検証レポート
文書・要旨 | ![]() | 8.8 MB | 表示 | ![]() |
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文書・詳細版 | ![]() | 9.2 MB | 表示 | |
XML形式データ | ![]() | 235.5 KB | 表示 | |
CIF形式データ | ![]() | 318.8 KB | 表示 | |
アーカイブディレクトリ | ![]() ![]() | HTTPS FTP |
-関連構造データ
関連構造データ | ![]() 48046MC 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 ( |
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類似構造データ | 類似検索 - 機能・相同性 ![]() |
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リンク
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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: 38280.531 Da / 分子数: 2 / 由来タイプ: 天然 由来: (天然) ![]() ![]() 参照: UniProt: P16033, photosystem II #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) ![]() ![]() 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) ![]() ![]() 参照: UniProt: P09193 #4: タンパク質 | 分子量: 39461.137 Da / 分子数: 2 / 由来タイプ: 天然 由来: (天然) ![]() ![]() 参照: UniProt: P09192, photosystem II #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) ![]() ![]() 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) ![]() ![]() 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) ![]() ![]() 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) ![]() ![]() 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) ![]() ![]() 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) ![]() ![]() 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) ![]() ![]() 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) ![]() ![]() 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) ![]() ![]() 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) ![]() ![]() 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) ![]() ![]() 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) ![]() ![]() 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) ![]() ![]() 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) ![]() ![]() 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) ![]() ![]() 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) ![]() ![]() 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) ![]() ![]() 参照: UniProt: Q55013 |
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-糖 , 2種, 74分子 


#31: 糖 | ChemComp-LMT / #34: 糖 | ChemComp-DGD / |
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-非ポリマー , 15種, 1456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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Has protein modification | Y |
配列の詳細 | The sequence for chains A and a end at ALA 344. The C-terminal end is removed by a post- ...The sequence for chains A and a end at ALA 344. The C-terminal end is removed by a post-translational process that remoes the sequence SGEQAPVALT |
-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 |
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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: ![]() ![]() |
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 |
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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: TFS KRIOS |
電子銃 | 電子線源: ![]() |
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) |
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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: 1.97 Å / 解像度の算出法: FSC 0.143 CUT-OFF / 粒子像の数: 518876 / 対称性のタイプ: POINT |