静岡県 浜松市 Acaryochloris 光化学系I クロロフィルd

低エネルギークロロフィルd：光合成の謎を解く鍵

静岡大学農学部の長尾遼准教授らの研究グループは、特殊なシアノバクテリアであるAcaryochlorisから光化学系I（PSI）単量体と三量体を精製し、その分子特性を明らかにしました。

Acaryochlorisは、他の光合成生物とは異なり、クロロフィルaではなくクロロフィルdを主要色素としています。クロロフィルdは、クロロフィルaのビニル基がホルミル基に変換された構造を持ち、長波長側に吸収ピークを持つことが特徴です。さらに、本研究では、AcaryochlorisのPSIに結合する低エネルギークロロフィルdが、単量体と三量体で異なる組成や配向を示すことが明らかになりました。

PSI単量体と三量体における低エネルギークロロフィルdの差異

研究グループは、Acaryochlorisから精製したPSI単量体と三量体を用いて、紫外可視分光スペクトルと蛍光スペクトルを測定しました。その結果、両者において低エネルギークロロフィルdに相当する吸収バンドが観測されましたが、蛍光スペクトルの形状が大きく異なることが判明しました。

このことから、PSIの単量体間相互作用によって、クロロフィルd周辺の構造が変化し、異なる低エネルギークロロフィルdが形成されていると考えられます。

Acaryochlorisの進化を解明する重要な知見

Acaryochlorisは、他の光合成生物が利用しているクロロフィルaではなく、クロロフィルdを利用している理由について、長年謎とされてきました。今回の研究成果は、Acaryochlorisが、独自の光捕集システムを進化させてきたことを示唆しています。

さらに、本研究で明らかになった低エネルギークロロフィルdの多様性は、Acaryochloris種の進化を解明する上で重要な知見となります。今後、Acaryochlorisの光合成メカニズムの解明が進められることで、光合成の効率向上や新たな光合成色素の開発につながることが期待されます。

研究の背景

地球上の生命にとって、光合成は欠かせないプロセスです。光合成生物は、光エネルギーを捕集するために、色素分子を進化させてきました。色素分子は主にクロロフィルとカロテノイドに大別され、PSIや光化学系II（PSII）に結合します。

ほとんどの光合成生物は、クロロフィルaを主要色素として利用しています。しかし、Acaryochlorisは、クロロフィルaではなくクロロフィルdを主要色素としています。Acaryochlorisがなぜクロロフィルdを利用するのか、その理由はまだ明らかになっていません。

今後の展望

本研究は、Acaryochlorisの光化学系I複合体の特性解析に関する重要な知見を提供しました。今後、Acaryochlorisの光合成メカニズムの解明が進められることで、光合成の効率向上や新たな光合成色素の開発につながることが期待されます。