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基礎生物学研究所

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プレスリリース概要

2014.03.18

光合成反応調節のしくみ"ステート遷移"の解明

基礎生物学研究所 環境光生物学研究部門(皆川純教授、得津隆太郎助教)、スイス・ポールシェラー研究所(ガーガリー・ネギ研究員)、ハンガリー科学アカデミー(ギョーゾー・ガラブ科学アドバイザー)、フランス原子力代替エネルギー庁(ジョバンニ・フィナッチ研究部長)などの研究グループは、緑藻が光合成反応を調節するしくみ、ステート遷移の機構を明らかにしました。植物は光合成によって太陽からの光エネルギーを獲得しさまざまな生命活動を支えています。光合成は多くのステップからなる複雑な反応ですが、光エネルギーを捉えるステップには、光化学系I、光化学系IIと呼ばれる2つの色素タンパク質複合体(光化学系)が主要な役割を果たします。この2つの光化学系の連携は光合成反応全体の効率を左右する重要な問題です。この連携のコンセプトは“ステート遷移”呼ばれ40年以上前に発見されました。その後、多様な光合成生物がステート遷移を行っていることがわかり、その詳細をめぐっては多くの研究・議論が行われてきました。今回、これまでの常識を覆し、“アンテナ”タンパク質の移動が実際にはほとんど起きていないこと、そして“アンテナ”タンパク質の性質が変化していることを明らかにしました。これにより光エネルギーの効率的変換へ向け大きな足がかりが得られたことになります。この研究成果は、米国科学一般誌PNAS(米国科学アカデミー紀要)の電子速報版に3月17日以降(米国東部時間)に掲載されます。

 

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今回の研究から提唱されたステート遷移のモデル図

光化学系II(PSII)が大きな集光能力を持つ状態(ステート1)では、光のアンテナ(LHCII、青色)はPSIIコア複合体(黄緑色)の両側に結合し、葉緑体のチラコイド膜(緑色の帯)は整然と重なっています。青色光、強光、無酸素環境などによりPSIIにエネルギーが集まりすぎると、その状態を解消するためにLHCIIのリン酸化が起こり(丸で囲んだP)、葉緑体のチラコイド膜は波打ち重なりが乱れます。この時LHCIIは凝集体を作るなどしてエネルギー散逸型(赤色)となり、集めたエネルギーを捨て始めます。また、一部はPSIIから離れ光化学系I(PSI)に結合しPSIのアンテナとなります。結果として、PSIIの集光能力は小さくPSIの集光能力は大きく補正され、PSIIとPSIの連携状態は改善されることになります。