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酸素の発生を伴わない光合成の高いエネルギー変換効率の謎を解明

2022.4.14

研究の概要


三重大学医学系研究科の谷一寿特任教授、溝口明教授、茨城大学の大友征宇教授、沖縄科学技術大学院大学のBruno Humbel博士らは、微生物発酵などでの利用が進んでいる光合成細菌の一種Rhodobacter sphaeroides(ロドバクター・スフェロイデス)の「膜タンパク質コア光捕集反応中心複合体の二量体構造」をクライオ電子顕微鏡により立体的に可視化することに成功しました。

コア光捕集反応中心複合体(LH1-RC)は、光合成細菌が光エネルギーを集め、電子変換し、伝達することを可能にしている膜タンパク質です。特に、今回は、天然由来のLH1-RC単量体2個が合体した二量体の立体構造と、前回発見した高エネルギー変換を支える新奇の膜タンパク質protein-Uが存在しない欠損株のLH1-RC単量体の立体構造を可視化できた初めての例となります。
二量体構造は、単純に単量体が2個結合した形状ではなく、非対称な形をとり、構成する2つのLH1-RC単量体のキノンの出入口は、互いに位置やサイズが異なり、エネルギー変換の調節機能をもっている可能性が示唆されました。

私たちがロドバクター・スフェロイデスのLH1-RC単量体複合体から発見したprotein-Uは、欠損株のタンパク質精製実験から二量体の安定化効果があることがわかっていましたが、新たな欠損株の立体構造から単量体の安定化にも役立っていることがはっきりとしました。本研究により、protein-Uが高効率な太陽光エネルギー変換を支えていることを二量体と単量体の両構造から確認できました。

三重大学、茨城大学、沖縄科学技術大学院大学、神奈川大学、中国科学院植物研究所、神戸大学、南イリノイ大学の国際共同研究によるこの成果は、2022年4月7日、学術誌「Nature communications」にオンライン掲載(https://doi.org/10.1038/s41467-022-29453-8)されました。

二量体型コア光捕集複合体(上)と二量体形成モデル(下)

二量体型コア光捕集複合体(上)と二量体形成モデル(下)



詳しくはこちらをご覧ください。


研究者情報


三重大学大学院医学系研究科 特任教授
谷 一寿(Kazutoshi Tani)
専門分野:構造生物学


三重大学大学院医学系研究科 教授

溝口 明(Akira Mizoguchi)
専門分野:電子顕微鏡(解剖学)


茨城大学大学院理工学研究科 教授

大友 征宇(Seiu Otomo)
専門分野:構造生物化学