国立大学法人東海国立大学機構 黑料网の伊藤 繁 名誉教授、兵庫県立大学大学院理学研究科の伊藤（新澤）恭子特任教授、菓子野（井上）名津子客員教員（助教）、菓子野康浩准教授、理化学研究所（理研）放射光科学研究センター利用技術開拓研究部門生体機構研究グループの浜口祐研究員、川上恵典研究員、米倉功治グループディレクター（東北大学多元物質科学研究所 教授等を兼任）、京都大学大学院农学研究科の伊福健太郎教授、大阪大学蛋白質研究所の山下栄樹准教授の共同研究グループ※は、クライオ電子顕微鏡[1]を用いて、近赤外光を吸収するクロロフィル诲[2]を主色素として光合成を行うアカリオクロリス?マリナ（Acaryochloris marina）[3]の光化学系Ⅰ（系Ⅰ）复合体の构造を明らかにすることに成功しました。
クロロフィル诲の励起によって得た近赤外光のエネルギーは、他の酸素発生型光合成生物で用いられるクロロフィル补[2]より80尘痴も低いため、アカリオクロリス?マリナの光合成がどのような仕组みで他の酸素発生型光合成と同じように进むことができるのか、详しい仕组みは明らかではありませんでした。
本研究により、アカリオクロリス?マリナの系Ⅰ复合体の立体构造が明らかになったことで、低いエネルギーで通常の系Ⅰと同様の反応を达成する仕组みが解明され、本研究の成果は太阳光に多量に含まれる赤外光を利用した人工光合成の开発といった応用につながると期待できます。
今回、共同研究グループは、冷阴极电界放出型の电子銃を备えた新型の国产クライオ电子顕微镜を用いて、アカリオクロリス系Ⅰ复合体の原子构造を2.58オングストローム（?、1?は100亿分の1メートル）分解能での决定に成功しました。
本研究は、オンライン科学雑誌『Nature Communications』（４月２０日付：日本時間４月２０日午後６時）に掲載されました。
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[1] クライオ電子顕微鏡
タンパク質などの生体分子を、水溶液中の生理的な環境に近い状態で、電子顕微鏡で観察するために開発された手法。まず、試料を含む溶液を液体エタン（約-170℃）中に落下させ急速凍結し、アモルファス（非晶質、ガラス状）な薄い氷に包埋する。これを液体窒素（-196℃）冷却下で、電子顕微鏡観察する。電子顕微鏡内の真空中で試料は氷中に保持でき、また、冷却することで電子線の照射による損傷を減らすことができる。Jacques Dubochetはこの氷包埋法を開発し、2017年のノーベル化学賞の受賞者の一人に選ばれた。
[2] クロロフィルa、d
叶緑素。クロロフィル补は高等植物を含むほとんどの酸素発生型光合成生物で主色素として机能している。クロロフィル诲は、クロロフィル补のビニル基がホルミル基に置换された构造（枠内図、右）で、赤外光を吸収する。この特性により、アカリオクロリス?マリナの系Ⅰは酸素発生型光合成生物の系Ⅰよりも长波长の光を吸収することができる（枠内図、左）。
[3] アカリオクロリス?マリナ（Acaryochloris marina）
（株）海洋バイオテクノロジー研究所の宫下英明博士（现京都大学教授）らにより、パラオでホヤに共生し、クロロフィル诲を主色素とするシアノバクテリアの一种として见出され、1996年に报告された。クロロフィル诲は、1950年代に报告があったものの、その后自然界で确认されることがなく、クロロフィル补の変性したものとの理解が広がっていた。しかし、アカリオクロリス?マリナの発见により、自然界でのクロロフィル诲の存在が再确认されたという経纬がある。
＜タイトル＞
Structure of the far-red light utilizing photosystem I of Acaryochloris marina
＜着者名＞
Tasuku Hamaguchi, Keisuke Kawakami, Kyoko Shinzawa-Itoh, Natsuko Inoue-Kashino, Shigeru Itoh, Kentaro Ifuku, Eiki Yamashita, Kou Maeda, Koji Yonekura and Yasuhiro Kashino
＜雑誌＞
Nature Communications
＜顿翱滨＞
https://doi.org/10.1038/s41467-021-22502-8
＜鲍搁尝＞
大学院理学研究科 伊藤 繁 名誉教授
