2022 Fiscal Year Annual Research Report
好熱性シアノバクテリア由来光合成超複合体の機能・構造解明
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20K06528
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
川上 恵典 国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学研究センター, 研究員 (40619904)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長尾 遼 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 特任講師 (30633961)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 光合成 / 光エネルギー伝達 / フィコビリソーム / 光化学系 / クライオ電子顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
地球上に生息する植物や藻類は、太陽の光エネルギーを利用する光合成によって生命活動を行っている。フィコビリソーム（Phycobilisome, PBS）は、巨大な水溶性の光捕集蛋
白質複合体であり、吸収した光エネルギーを光化学系蛋白質群[光化学系I（PSI）, 光化学系II（PSII）]に伝達する。PBSから光化学系蛋白質群へのエネルギー伝達の仕組みは未だ詳細に解明されておらず、PBSの立体構造を明らかにすることは、藻類の光捕集・エネルギー伝達の仕組みを理解する上で極めて重要である。本研究は、PBSの立体構造を最新のクライオ電子顕微鏡測定・解析技術を駆使して解析し、PBSの光捕集・伝達システムを解明することを目的とした。
2020年度は、好熱性シアノバクテリア由来PBSの全体構造を負染色構造解析によって明らかにし、PBSを構成する各サブユニットの相互作用について議論した（Kawakami etal., Biochimica et Biophysica Acta, 2020）。そして2021年度は、共同研究者と共に分光学的解析によってPBSの光エネルギー伝達の仕組みを明らかにした（Hirota et al., Photosynth Res, 2021）。そして2022年度は、クライオ電子顕微鏡解析によってPBSの中心構造とその周りにあるアンテナ構造をそれぞれ3.7 Aと4.2 A分解能で解析、PBSの内部構造を詳細に調べ、PBS内で起こる高効率光エネルギー伝達機構を明らかにした（Kawakami et al., Nature Commun, 2022）。
本研究によって、藻類の持つPBSの光吸収とそのエネルギ伝達の仕組みが明らかとなり、この知見を人工光合成研究に取り入れることで、高効率光エネルギー伝達デバイスの開発に貢献することができると期待さる。
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