51探花

【本学研究者情报】

〇大学院理学研究科化学専攻　准教授　柴田 穣

【発表のポイント】

• 植物や藻类は一般的に、太阳光にふくまれる光の中でも可视光しか光合成に利用することができない。南极に繁殖するある藻类は赤外线を光合成に利用することができるが、その仕组みはわかっていなかった。
• その藻类が赤外线で光合成をするために使われるタンパク质の构造を、クライオ电子顕微镜と呼ばれる装置で明らかにした。
• 太阳系外で见つかっている惑星の多くは、太阳より温度が低く主に赤外线を出す恒星の周りにあり、赤外线を光合成に利用する生命の可能性が示唆されている。今回の成果は、そうした生命の可能性を探る手掛かりかもしれない。

【概要】
　アストロバイオロジーセンターの小杉 真貴子 特任研究員（現、基礎生物学研究所 特任助教、および中央大学共同研究員）、高エネルギー加速器研究機構（KEK） 物質構造科学研究所の川崎 政人 准教授、安達 成彦 特任准教授、守屋 俊夫 特任准教授、千田 俊哉 教授、東北大学の柴田 穣 准教授、秋田県立大学の原 光二郎 准教授、東京農業大学の高市 真一 元教授、基礎生物学研究所の亀井 保博 RMC教授、兵庫県立大学の菓子野 康浩 准教授、国立極地研究所の工藤 栄 教授、中央大学の小池 裕幸 教授の研究チームは、赤外線の一部である遠赤色光（700~800 nm）で酸素発生型の光合成を行うことが知られている緑藻ナンキョクカワノリにおいて、远赤色光を吸収するための光捕集アンテナタンパク质（Pc-frLHC）を同定し、KEKにあるクライオ电子顕微镜による単粒子解析（注釈１）によりその分子の立体构造を明らかにしました。Pc-frLHCは11个の同じタンパク质がリング状に结合した大きな复合体を作っていました（図１）。１つのタンパク质にそれぞれ11个のクロロフィルが结合しており、このうちの５つのクロロフィルが远赤色光の吸収に関わる特别なクロロフィルであると示唆されました。分光学的な解析から、この特别なクロロフィルに吸収された远赤色光のエネルギーの一部がPc-frLHC内で可视光と同等のエネルギーに変换されて光合成利用されていることを示しました。

　この结果は、英国の科学誌『Nature Communications』に2023年2月15日付で掲载されました（Kosugi et al., 2023, "Uphill energy transfer mechanism for photosynthesis in an Antarctic alga"）。

図 1 ：Pc-frLHCの立体構造分子モデル
ひとつひとつのタンパク质を异なる色で示した。それぞれのタンパク质に11个のクロロフィル分子（球体で示した分子）が结合している。タンパク质部分は、リボン図で表している。(クレジット：アストロバイオロジーセンター）

【用语解説】

注釈１ クライオ電子顕微鏡による単粒子解析：
近年急速に発展を遂げた、タンパク质の构造解析技术。従来のX线によるタンパク质构造解析はタンパク质の结晶が必要だがクライオ电子顕微镜ではその必要が无く、结晶化が难しいサンプルや今回の南极由来生物のように少量しか得られないサンプルでも解析が容易になった。

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学大学院理学研究科化学専攻
准教授　柴田 穣（しばた　ゆたか）
电话：022-795-6568
E-mail: shibata*m.tohoku.ac.jp（*を蔼に置き换えてください）

（报道に関すること）
东北大学大学院理学研究科
広报?アウトリーチ支援室
罢贰尝　022-795-6708
E-mail: sci-pr*mail.sci.tohoku.ac.jp（*を蔼に置き换えてください）