ブックタイトル日本結晶学会誌Vol58No3

概要

日本結晶学会誌Vol58No3

日本結晶学会誌 第58巻 第3号（2016） 129フェムト秒X線レーザーを用いて決定した光化学系II 複合体の無損傷構造イズは4.0 × 2.5 μm2，ドーズ量とフォトン密度はそれぞれ1.4 MGy，0.26 × 1010 photons/μm2となり，ドーズ量とフォトン密度についてはシンクロトロンのX線を用いた回折データ収集の条件とほぼ同程度であった．構造解析の再現性を確保するため，独立の回折データセットを2回収集した．1 つは254個の結晶から計5,592枚の回折写真を測定し，もう1 つは82 個の結晶から計2,058枚の回折写真を測定し，それぞれを1.95 A分解能で構造解析した．得られた構造はシンクロトロンのX線を用いて決定した結晶構造の分解能とほぼ同等であり，水分解反応の機構を議論するのに十分な精度をもっていた20（）図3a，表1 ～ 2，PDB ID：4UB6，4UB8）．3．PSIIのS1 状態の無損傷結晶構造XFELを用いて得られたOECの全体構造はシンクロトロンを用いたOECとよく似ていたが， 顕著な違いがMn-Mn，Mn-Oの距離において見られた．XFEL構造ではMn-Mnの平均距離はMn1-Mn2が2.7 A，Mn1-Mn3が3.2 A，Mn1-Mn4が5.0 A，Mn2-Mn3が2.7 A，Mn2-Mn4が5.2 A，Mn3-Mn4が2.9 A となっており，すべてのMn-Mn距離がシンクロトロン構造と比べて0.1 ～ 0.2 Aずつ短くなっており，EXAFSや理論計算の結果ともよく一致した（図3b）．一方Mn-Caの距離においてはMn1-Caが3.5 A，Mn2-Ca が3.3 A，Mn3-Ca が3.4 A，Mn4-Caが3.8 Aとなっており，シンクロトロン構造と大きな違いは見られなかった（図3c）．このことによりMnイオンは放射線損傷により還元を受けたために互いの距離が長くなったが，Caイオンは損傷により還元を受けないためMnイオンとの距離が変化しなかったことが示唆された．シンクロトロン構造において，Mn4CaO5クラスター中のオキソ原子の1つであるO5が周囲のMn1，Mn3，Mn4，Caとの結合距離が異常に長い2.4 ～ 2.7 Aであるという特徴があり， このO5原子が酸素分子形成において果たす役割についてさまざまな議論が行われている．XFEL構造ではMn3-O5 が2.2 A，Mn4-O5が2.3 A，Mn1-O5が2.7 A，Ca-O5が2.5 Aとなっていた（図3d）．これをシンクロトロン構造と比較するとMn3，Mn4，CaからのO5への結合は0.2 A ずつ短くなっていたが，Mn1への結合は0.1 A長くなっていた．これらの結果を統合表1　XFEL実験と精密化の統計値．（Data collection and refinement statistics for XFEL experiment.）XFEL1 XFEL2 SRExperimental conditionsWavelength / A 1.24357 1.24357 0.90000Osillation width / deg. 0 0 0.2Step width / deg. 0.2 0.2Total dose / Gy 1.4E ＋ 06 1.4E ＋ 06 7.4E ＋ 05Photon density per μm2 2.6E ＋ 09 2.6E ＋ 09 2.8E ＋ 09No. of screened crystals 254 82 1No. of total collected images 5,592 2,058 900No. of processed images 1,643 1,167 900No. of images used for 658 680 900Data collection statisticsSpace group P212121 P212121 P212121Unit cell / A a ＝ 123.8, b ＝ 230.0, a ＝ 123.8, b ＝ 230.0, a ＝ 122.2, b ＝ 228.5,Resolution / A 62.7-1.95（2.06-1.95）＊ 62.3-1.95（2.06-1.95）＊ 50-1.90（1.97-1.90）＊No. of reflections 585,462（83,527）＊ 586,125（82,791）＊ 622,012Completeness / ％ 98.7（97.0）＊ 98.4（95.9）＊ 99.6（99.7）＊Redundancy 4.9（4.6）＊ 5.1（4.7）＊ 7.4（6.7）＊R sym / R mrg 0.330（1.184）＊ 0.294（1.579）＊ 0.060（0.773）＊R pim 0.172（0.634）＊ 0.192（1.070）＊CC1/2 0.919（0.166）＊ 0.929（0.362）＊I/σ（I） 3.5（0.9）＊ 3.1（0.6）＊ 21.6（2.6）＊Refinement statisticsR factor 0.198 0.188 0.174R free 0.238 0.225 0.201Average B（overall）/ A2 34.3 35.9 35.2Average B（OEC）/ A2 22.2 25.0 25.6RMSD bond length / A 0.009 0.009 0.010RMSD bond angle / deg. 1.44 1.44 3.05Ramachandran plotFavored / ％ 97.7 97.9 98.4Allowed / ％ 2.1 2.0 1.5Outliers / ％ 0.2 0.1 0.1＊（ ）内に最外殻の情報を記載．