阪大ら,光合成における電子の再利用の仕組みを解明

大阪大学は,独ルール大学,横浜市立大学と共同で,光合成で働く巨大な膜蛋白質(NDH様複合体)が,光合成電子伝達鎖の電子伝達蛋白質(フェレドキシン)から電子を回収し,チラコイド膜中で再利用する仕組みの解析に成功した(ニュースリリース)。

植物や藻類が行なう光合成反応は,地球上の全ての生命体を支える重要な反応で,光エネルギーを使って発電する太陽電池のような反応をする。発電に相当する反応は「電子伝達」と呼ばれ,チラコイド膜(光合成を行なう植物や藻類がもつ光合成機能に特化した生体膜)中の複数の膜蛋白質で構成される回路と可溶性の電子伝達蛋白質が行なっている。

水から得られた電子はチラコイド膜の回路を伝って光化学系Iと呼ばれる巨大な膜蛋白質に伝わり,最後の受け手である電子伝達蛋白質(フェレドキシン:Fd)に電子をバトンパスすることで,様々な酵素に電力が供給されている。光環境によっては過剰な電子が生産されることがあるため,チラコイド膜の回路に電子を回収し再利用するNDH様複合体(NDH1)の存在が知られていた。しかし,NDH1が電子を回収・再利用する詳細な仕組みは解明されていなかった。

今回,研究グループはクライオ電子顕微鏡による単粒子構造解析を行ない,巨大で不安定な膜蛋白質複合体の構造を決定した。さらに,NDH1の構成成分のうちフェレドキシンが結合する部分のX線構造解析とNMRを用いた相互作用解析から,フェレドキシンを引き寄せて結合し,電子をチラコイド膜に循環させて電子回路を調整する仕組みを突き止めたという。

研究グループは今後,フェレドキシンからの電子伝達経路を詳細に解析することで,葉緑体の電子回路の改変指針を得る事ができれば,光合成の人工的な最適化や光合成機能の強化につながる可能性があるとしている。

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