「光合成細菌」は、植物などと違い、酸素を発生せずに光合成を行う。田んぼや温泉など身近なところに生息し、非常に高いエネルギー変換効率を持つことから、光合成細菌による酸素非発生型の光合成のメカニズムの解明は、様々な分野から期待が寄せられてきた。しかし、一方で、酸素非発生型の光合成は独自の進化を遂げてきており、不明な部分も多く、特に、独自に発展した立体構造については謎とされてきた。

 こうした中、三重大学、茨城大学、沖縄科学技術大学院大学らのグループは、光合成細菌の一種Rhodospirillum rubrum(R. rubrum)の「コア光捕集複合体」を、クライオ電子顕微鏡を用いることにより立体的に可視化することに成功した。光捕集複合体は、光合成細菌が光エネルギーを集め、光から電子に変換して伝達することを可能にしている複合体膜タンパク質。これまで、Ca2+(カルシウムイオン)の存在下で安定化する別種のコア光捕集複合体の構造は明らかになっていたが、本複合体はCa2+非存在下でも安定する相互作用を備えていることがわかったという。Ca2+への依存性がない複合体のメカニズムが判明したのは初めて。

 さらに、詳細な3次元構造が明らかになったことで、エネルギー変換のための電子伝達体として機能する「ロドキノン」の結合状態も可視化された。これにより、キノンの流入出経路のモデルが示唆され、光の捕集からキノンを介した電子伝達の経路を明らかにすることができた。

 本成果は、太陽光エネルギーの多様かつ効率的な人工的利用の発展に寄与するヒントになることが期待される。また、光合成細菌は農業での活用も進められており、ロドキノンは駆虫薬ターゲットとしても注目されていることから、安全な駆虫薬の開発にも寄与する可能性がある。

論文情報:【Biochemistry】Cryo-EM Structure of the Photosynthetic LH1-RC Complex from Rhodospirillum rubrum

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