太陽光捕集メカニズムの解明へ一歩前進！人工的な光合成アンテナの構造解析に成功

2024年9月27日

研究推進機構
理学研究科
プレスリリース

ポイント

◇人工的に光合成アンテナ色素タンパク質複合体（LHCII^※¹）を生成し、その3次元構造をクライオ電子顕微鏡法^※²を用いて高分解能で解析。
◇人工的なLHCII（rLHCII）が天然由来のLHCIIと同一の構造であることを解明。
◇rLHCIIの有用性を示し、人工光合成などの研究に貢献。

概要

植物や藻類の葉緑体に存在する光合成アンテナ色素タンパク質複合体（LHCII）は、太陽光を捕捉し効率的にエネルギーを散逸させて光合成を促進します。このメカニズムを解明するには、LHCII に含まれるクロロフィルやカロテノイドなど多種類の色素の光学特性を特定する必要があります。そのため、LHCIIに局所的な変異を組み込み、対象となる色素の特徴を解明しようと長年研究が行われてきました。しかし、人工的なLHCII（rLHCII）における色素を取り巻く環境は、推定はできていましたが構造は明らかになっていませんでした。

大阪公立大学人工光合成研究センターの藤井律子准教授と関荘一郎JSPS特別研究員（現、大阪大学蛋白質研究所）、大阪大学生命機能研究科の難波啓一特任教授（常勤）、大阪大学蛋白質研究所の栗栖源嗣教授らの研究グループは、クライオ電子顕微鏡法を用い、rLHCII三量体の3次元構造を高分解能で解析。rLHCIIが天然由来のLHCIIと実質的に同一の構造を示すことを初めて明らかにしました。今後、人工的に光合成アンテナを作り出す再構成法を用いた太陽光捕集メカニズムの研究が、さらに発展することが期待されます。

本研究成果は、2024年9月25日に国際学術誌「PNAS Nexus」にオンライン掲載されました。

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図再構成LHCIIの3次元構造
再構成LHCIIと天然由来LHCIIは、ほとんどの領域で同一の構造を持つ。

植物の光合成のメカニズムは非常に複雑で、その機能解明は困難を極めます。その中で、人工的に生成したLHCIIが十分に研究に使えることを本研究により証明できたことで、人工光合成や植物の生産技術の研究に大きく貢献できると期待しています！

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関荘一郎研究員

用語解説

※1 LHCII：Light-harvesting complex IIの略称。主に光化学系IIに結合するアンテナ。

※2クライオ電子顕微鏡法 : 極低温で凍結させたサンプルの電子顕微鏡画像を取得し、その像を重ね合わせることでタンパク質等の立体構造を解明する手法。

掲載誌情報

【発表雑誌】PNAS Nexus
【論文名】Structure-based validation of recombinant light-harvesting complex II
【著　　者】Soichiro Seki*, Tomoko Miyata, Naoko Norioka, Hideaki Tanaka, Genji Kurisu, Keiichi Namba, Ritsuko Fujii* （* 責任著者）
【　DOI　】10.1093/pnasnexus/pgae405

【掲載URL】https://doi.org/10.1093/pnasnexus/pgae405

資金情報

本研究は、科学研究費補助金学術変革A「光合成ユビキティ」（課題番号：23H04958、24H02091）、基盤（C）（課題番号：23K05721）、特別研究員奨励費（課題番号：K23KJ1834）、科学技術振興機構 CREST（課題番号：JPMJCR20E1）、生命科学・創薬研究支援基盤事業（課題番号：JP23ama121003、JP23ama121001）、大阪公立大学RESPECT、小柳財団研究助成金（2024年度）の支援を受けて行われました。

研究内容に関する問い合わせ先

大阪公立大学大学院理学研究科
人工光合成研究センター
准教授藤井律子（ふじいりつこ）
TEL：06-6605-3624
E-mail：ritsuko[at]omu.ac.jp

※[at]を@に変更してください。

報道に関する問い合わせ先

大阪公立大学広報課
担当：谷
TEL：06-6605-3411
E-mail：koho-list[at]ml.omu.ac.jp
※[at]を@に変更してください。

プレスリリース全文（PDF文書：356.5KB）

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