岡山大ら,アルカリ駆動のエネルギー伝達機構発見

岡山大学と神戸大学は,時間分解蛍光分光法を用いて海産性ピングイオ藻の集光性色素タンパク質の溶液pHに依存する励起エネルギー伝達機構の解析に成功した(ニュースリリース)。

光合成生物は多様な環境に適応しており,これは,集光性色素タンパク質に結合した色素の種類やタンパク質自体の組成を最適化していった結果であると考えられている。つまり,光合成生物が多様な色を持つ理由は,集光性色素タンパク質にあるといえるという。

水域に存在する微細藻類は,それぞれの生存環境に応じて異なる集光性色素タンパク質を持つ。ピングイオ藻は,紅藻を細胞内へ取り込んで進化した二次共生藻と考えられており,褐色を呈している。その要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を含む集光性色素タンパク質はチラコイド膜に内包されている。チラコイド膜内外の親水性領域では,光合成反応が駆動することにより,pHが大きく変動する。このとき,チラコイド膜のストロマ側はアルカリpH,ルーメン側は酸性pHになる。このpH変化により,陸上植物や緑藻の集光性色素タンパク質では励起エネルギー伝達機構の変化,特に酸性pHによる大きな変化が生じるといわれている。しかし,ピングイオ藻のFCPでは,pH変化による励起エネルギー伝達機構はどのように変わるのか,不明だった。

研究グループは,ピングイオ藻からFCP複合体を精製。時間分解蛍光分光法によりその独特な励起エネルギー伝達機構を解明し,アルカリpHによって,エネルギー伝達経路の変化およびエネルギー消光が誘導されることを見出した。この励起エネルギー伝達機構の変化は,チラコイド膜のストロマ側がアルカリpHになることによって駆動されることが示唆された。

アルカリpHによって誘導される独特な励起エネルギー伝達はこれまでに報告されておらず,ピングイオ藻で初めて発見された。この独特な光捕集機構を利用し,ピングイオ藻は繁栄してきた可能性があるという。

太陽光を利用したクリーンエネルギーの活用は,エネルギー問題や環境問題に重要とばる。FCPは,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・利用している。

今回,研究グループが解明したメカニズムは,特定の波長の太陽光エネルギーの成分を集める分子配置の設計に指針を提供する可能性があるという。将来的には,得られた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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