岡大ら,集光性色素タンパク質複合体の立体構造を解析

岡山大学,大阪大学,理化学研究所,京都大学,兵庫県立大学,基礎生物学研究所,神戸大学は,クライオ電子顕微鏡を用いて,海産性珪藻の光化学系Ⅱ-集光性色素タンパク質複合体の立体構造解析に成功し,珪藻特有の色素組成とその並び方を明らかにした(ニュースリリース)。

水域に広く分布する珪藻は緑色植物とは異なり褐色を呈している。その原因は集光性色素タンパク質であるフコキサンチン-クロロフィル a/c結合タンパク質(FCP)にある。FCPは太陽光エネルギーの中の青色から緑色の光を吸収することに優れており,これは植物が持つ集光性色素タンパク質の吸収領域である赤色と青紫色と大きく異なる。しかし,FCPがどのように光エネルギーを吸収し,光化学系タンパク質に伝達しているのか,その詳細は不明だった。

研究グループは,珪藻から光化学系Ⅱ-FCP複合体を精製し,クライオ電子顕微鏡により3.8Å(1Åは1mmの1千万分の1の長さ)の解像度を持つ立体構造を解明した。解析された光化学系Ⅱ-FCPは,二量体構造を形成していた。光化学系Ⅱ当たり,2つのFCP四量体と3つのFCP単量体が結合しており,多数の色素分子が配置していることがわかった。

また,褐色を示す色素の結合様式および色素を固定するタンパク質場が,植物の光化学系Ⅱ-集光性色素タンパク質複合体と比べ,大きく異なることもわかった。光合成生物は進化の過程において,色素成分のみならず,タンパク質環境も変化させてきたことが示されたという。

研究グループは,今回解明された光化学系Ⅱ-FCP複合体が植物とは異なる太陽光エネルギーの成分を効率よく吸収・利用するため,これらの太陽光エネルギーの成分を利用した電気エネルギーへの変換に必要な分子配置の設計に指針を提供できるという。

また,将来的には,得られた構造やこれまで解析された他の光合成装置の構造の知見を利用することで,太陽光エネルギーの成分の選択的利用に基づいたエネルギー利用デバイスの創出が期待されるとしている。

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