ミクロの藻は細胞中の巨大なアンテナで光エネルギーを集める 超高効率光合成の仕組みを解明

ミクロの藻は細胞中の巨大なアンテナで光エネルギーを集める超高効率光合成の仕組みを解明

2025年7月 2日 11:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇大学院理学研究科化学専攻
准教授　柴田穰（しばたゆたか）

【発表のポイント】

地球温暖化の缓和に有効な高効率な光合成をする生物の仕组みの一端を明らかにしました。
最先端の齿线や电子顕微镜^（注１）により、タンパク质の构造が解明されてきましたが、生きたままの细胞の中で働く姿はなかなか捉えられませんでした。
特殊な光学顕微镜を用い、単细胞の藻の一种であるクラミドモナス^（注２）を生存に近い状态で観察することにより、この生物が光を集めるタンパク质はこれまで考えられていたよりもはるかに巨大で高効率なことが分かりました。
将来的に人工的な光合成の実现につながることが期待される研究成果です。

【概要】

光合成生物は、动物が吐き出した二酸化炭素を光エネルギーを使って糖に変换します。光合成生物が効率よく光エネルギーを吸収する仕组みの解明は、地球温暖化の缓和にもつながります。光合成での光エネルギーを集める役割を担っているのはアンテナタンパク质^（注３）と呼ばれるタンパク质です。光を効率よく吸収するために、多数のアンテナタンパク质が结合して大きな块となることが知られていましたが、実际の细胞中でどの程度の数のタンパク质が结合しているのかは分かっていませんでした。

东北大学大学院理学研究科の柴田穣准教授を中心とした研究グループは、独自に开発した顕微镜技术により、藻の一种クラミドモナス（図1）の细胞内でアンテナタンパク质が约9个结合した块となって働くことを初めて明らかにしました。今回得られた知见は、今后、人工的な光合成を実现する际のヒントにもなると期待されます。

本研究の成果は、2025年6月18日に米国植物生理学会誌Plant Physiologyにオンラインで掲載されました。

図1. クラミドモナス細胞の模式図（左）と顕微鏡画像（中央、右）。中央の画像には鞭毛も見えています。一番右の赤く光っている部分が葉緑体。

【用语解説】

注1. 電子顕微鏡：目的のタンパク質を含む薄い水の相を急速に冷却して固めたサンプルで電子顕微鏡測定をすることにより、そのタンパク質の詳細な構造を解明することができます。クライオ電子顕微鏡と呼ばれるこの技術は、2017年のノ―ベル化学賞の対象となりました。

注2. クラミドモナス：光合成をすることができる単細胞の藻の一種。２本の鞭毛により遊泳する。鞭毛の研究にも利用されるなど、多くの研究分野でモデル生物として扱われています。

注3. アンテナタンパク質：光化学系Iや光化学系IIの反応中心へ光エネルギーを伝達するタンパク質。図3のシアンで示された部分が，従来分かっていたアンテナタンパク質にあたります。今回の研究で初めて分かったアンテナタンパク質は、図3右に薄紫で示しています。多くのクロロフィルなどの色素分子を結合しており、それらの色素が吸収する光エネルギーをバケツリレー式に運ぶことでアンテナとしての機能が実現されます。

【论文情报】

タイトル：Revealing the diversity of in vivo photosystem I light-harvesting antennae
著者：柴田穣*、張先駿、谷口凛、叶深
*責任著者：东北大学大学院理学研究科准教授　柴田穣
掲載誌：Plant Physiology
顿翱滨：

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