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光合成反応中心と集光アンテナタンパク質との複合体の結晶構造を解明

  2014年3月27日

 三木邦夫 理学研究科教授、竹田一旗 同講師、丹羽智美 同大学院生らの研究グループと、大友征宇 茨城大学理学部教授らの研究グループは、光合成細菌の反応中心と集光アンテナタンパク質との巨大複合体の構造を、X線結晶構造解析法によって解明しました。

 本研究成果は、2014年3月26日に英国科学誌「Nature」にオンライン掲載されました。

研究者からのコメント

左から三木教授、竹田講師、丹羽大学院生

 アンテナで吸収された光エネルギーを高い効率でRCに伝える仕組みは、理論的にはよくわかっていません。今後、今回の構造解析で得られた分子構造をもとにして光合成のエネルギー伝達に関する理論的な解明が期待されます。

 また、人工光合成における色素の分子集合体設計などに応用することが期待されます。研究グループでは今後、光合成に関与するさまざまなタンパク質の構造やタンパク質どうしの相互作用について、構造生物学の視点から研究していきたいと考えています。

概要

 光合成は太陽光のエネルギーを利用して二酸化炭素と水からデンプンなどの糖類を合成する反応です。その最初の過程では、タンパク質である集光アンテナや光合成反応を行う反応中心(RC)などの光合成装置によって、光エネルギーが化学エネルギーに変換されます。光合成細菌が持つ集光アンテナやRCは、高等植物が持つものよりも構造や構成が単純であり、理論的な研究や分光学的な研究にこれまでよく用いられてきました。

 しかしながら、RCを取り巻くかたちで存在する光を集めるアンテナタンパク質(LH1)が結合した状態での構造は、これまで低い分解能でしか解明されていなかったために、効率的な集光や光エネルギー移動のメカニズムを解明するために必要であるLH1とRCの相互作用の様子や色素などの補因子の配置についての詳細が分かっていませんでした。

 そこで本研究では、酸素を発生しない原始的な光合成をおこなう細菌にみられる光合成装置について、LH1とRCが形成する複合体(LH1−RC)の分子構造を、X線結晶構造解析の手法を用いてこれまでにない高い分解能で解析し、その結果、タンパク質や結合しているバクテリオクロロフィルなどの補因子の配置を精密に決定しました。


図:(A)LH1-RCの分子構造。中心にあるRC(マゼンタ色)の周りをLH1(緑色)が取り囲んでいる。(B)集光アンテナLH1のバクテリオクロロフィル(紫色)の配置。光は中心にあるRCのバクテリオクロロフィル(赤紫色)に集められる。(C)LH1にみられたユビキノンの通り道と考えられるすき間

詳しい研究内容について

光合成反応中心と集光アンテナタンパク質との複合体の結晶構造を解明

書誌情報

[DOI] http://dx.doi.org/10.1038/nature13197

Satomi Niwa, Long-Jiang Yu, Kazuki Takeda, Yu Hirano,Tomoaki Kawakami, Zheng-Yu Wang-Otomo & Kunio Miki
"Structure of the LH1-RC complex from Thermochromatium tepidum at 3.0 Å"
Nature Published online 26 March 2014

掲載情報

  • 京都新聞(4月26日 9面)、日刊工業新聞(3月27日 25面)および日本経済新聞(3月27日夕刊 14面)に掲載されました。