2025年 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情報】

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）
研究室ウェブサイト

【発表のポイント】

• 地球温暖化の緩和に有効な高効率な光合成をする生物の仕組みの一端を明らかにしました。
• 最先端のX線や電子顕微鏡^（注１）により、タンパク質の構造が解明されてきましたが、生きたままの細胞の中で働く姿はなかなか捉えられませんでした。
• 特殊な光学顕微鏡を用い、単細胞の藻の一種であるクラミドモナス^（注２）を生存に近い状態で観察することにより、この生物が光を集めるタンパク質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現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、動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換します。光合成生物が効率よく光エネルギーを吸収する仕組みの解明は、地球温暖化の緩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質^（注３）と呼ばれるタンパク質です。光を効率よく吸収するために、多数のアンテナタンパク質が結合して大きな塊となることが知られていましたが、実際の細胞中でどの程度の数のタンパク質が結合しているのかは分かっていませんでした。

東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、独自に開発した顕微鏡技術により、藻の一種クラミドモナス（図1）の細胞内でアンテナタンパク質が約9個結合した塊となって働くことを初めて明らかにしました。今回得られた知見は、今後、人工的な光合成を実現する際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。

【用語解説】

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。

【論文情報】

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：東北大学大学院理学研究科 准教授　柴田 穣
掲載誌：Plant Physiology
DOI：10.1093/plphys/kiaf207

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

（研究に関すること）
東北大学大学院理学研究科化学専攻
准教授　柴田 穰（しばた ゆたか）
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TEL：022-795-6708
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