珪藻の光化学反応中枢部のたんぱく質立体構造を解明―進化過程で色素成分やたんぱく質の結合・配置に変化：岡山大学/筑波大学ほか
(2020年5月18日発表)
岡山大学と筑波大学などの共同研究グループは5月18日、珪藻の光合成反応を担っている光化学系Ⅰという部位と、その部位に光エネルギーを供給する集光性色素たんぱく質とが結合した複合体の立体構造を解明したと発表した。
これにより、珪藻における集光性色素たんぱく質の結合状態などが判明し、光合成生物が進化において多様な光環境に適応するため集光性色素タンパク質の数や結合様式を調整してきたことが示されたという。
光合成は太陽光エネルギーを利用して水・二酸化炭素から炭水化物や酸素を合成する反応。光化学系Ⅰ・光化学系Ⅱと呼ばれる膜たんぱく質複合体がその中心をなし、光エネルギーを化学エネルギーへと変換する役割をしている。
この光化学系たんぱく質に光エネルギーを送り込んでいる集光性色素たんぱく質にはクロロフィルやカロテノイドなどの色素が結合しており、光合成生物の種類に応じてそれぞれ異なる集光性色素たんぱく質が存在している。
研究グループは今回、こうした事柄の解明が遅れている珪藻を取り上げ、集光性色素たんぱく質の結合状態などを詳しく調べた。
珪藻は淡水域、汽水域、海水域に広く分布する藻類の一種で、褐色を呈している。この色彩は、FCPと呼ばれる集光性色素たんぱく質によるが、珪藻の光化学系ⅠにFCPがどのように結合し、光エネルギーの供給に寄与しているのか詳細は不明だった。
研究グループは光化学系ⅠとFCPの複合体を珪藻から精製し、クライオ電子顕微鏡で観察、立体構造を解像度2.4Å（オングストローム、１Åは1,000万分の1㎜）で解明した。
その結果、16個のFCPが光化学系Ⅰを取り囲むように結合していることが認められた。珪藻は紅藻由来の葉緑体を持つと言われているが、紅藻の集光性色素たんぱく質の個数は5個。珪藻は進化過程で残り11個もの集光性色素たんぱく質を獲得したことが分かった。珪藻における光化学系Ⅰと集光性色素たんぱく質との結合様式は、陸上植物や緑藻と異なることも分かった。
光合成生物は生存戦略の一環として、進化の過程において色素成分のみならずたんぱく質の結合や配置も変化させて来たことが今回の研究で示されたとしている。
