近大,タンパク質に結合した色素を葉緑素に変換

近畿大学は,植物の祖先にあたるバクテリア(光合成細菌)で働く色素を,タンパク質に結合した状態のままで植物で働く葉緑素に変換することに成功した(ニュースリリース)。

光合成は太陽光を効率よく変換する反応で,地球上の食糧,エネルギー,環境維持に重要な役割を果たしており,光を吸収する色素がタンパク質に結合することで効率よく反応を進めている。現在地球上に繁栄している植物や藻類は,葉緑素(クロロフィル)を含んでおり,太陽光の大部分を占める目に見える光(可視光)を有効に利用することができる。

しかし,その祖先にあたるバクテリアに含まれる色素(バクテリオクロロフィル)は可視光をほとんど吸収できない。光合成生物は進化の過程でクロロフィルを獲得し太陽光をうまく利用しはじめたと考えられるが,その獲得メカニズムは明らかになっていない。

今回,研究グループは,光合成を行なうバクテリアの中で光を吸収しているタンパク質をそのまま酸化的条件で反応させることで,タンパク質内のバクテリオクロロフィルを効率よくクロロフィルに変換することに成功した。

この色素変換によって,このタンパク質は可視光を効率よく利用できるようになり,またこの変換はタンパク質の構造を壊すことなく進行することが明らかになった。今回の研究はバクテリアの光合成タンパク質が酸化的条件で葉緑素を獲得し光利用効率を変えることが可能なことを実験的に示すことに成功した初めての例という。

この結果から,植物の祖先にあたるバクテリアに含まれるバクテリオクロロフィルが地球環境の変化(酸素発生による酸化的環境の形成)によって化学的に葉緑素タイプの色素に変換され,その後の適応段階で色素を合成する酵素や色素結合タンパク質の進化が起こり,現在の光合成に至った可能性が示唆された。

研究グループは,今回の研究の成果を発展させることで,光合成が利用できる光を調節し,光合成生物を植物工場などの人工的な光に適応させ生産量を増加させるといった応用が期待できるとしている。

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