由東京藥科大學藥學部的永江峯幸助教、青山洋史副教授和三島正規教授等人組成的研究團隊與豐橋技術科學大學、佐賀大學理工學院、金澤大學研究生院自然科學研究科、大阪大學蛋白質研究所、自治醫科大學醫學部、東京都立大學研究生院理學研究科合作發表研究成果稱，透過解析藍藻的光合作用蛋白質羣「藍藻色料RcaE」的綠光吸收態（Pg）的結構和詳情，明確了調節光合作用的光開關的工作原理。該成果是透過結合X射線晶體結構解析、膽色素發色團的化學合成、NMR測定、量子化學計算這4種方法解析實施的。研究成果有望闡明光合作用的環境響應機制。相關成果已於6月12日發表在國際期刊《Science Advances》上。
圖1：藍藻色料RcaE對光（補色）適應力的控制（供圖：東京藥科大學）
進行光合作用的藍藻爲了能夠在多種環境下進行光合作用，會根據不同的光進行最佳光合作用而切換所使用的光的顏色。例如，一些藍藻可以區分使用紅光進行的光合作用和使用綠光進行的光合作用。
近年來，研究人員發現藍藻擁有結合了膽色素發色團（接受光的色料）的光感受蛋白質的藍藻色料羣，這種藍藻色料羣具有感知各種光的能力。
特別是感知綠光和紅光的藍藻色料RcaE作爲調節光合作用天線蛋白質的形狀和所吸收的光的顏色的光開關而發揮作用。
此前，研究團隊針對可以利用紅光和綠光進行光合作用的藍藻，成功闡明瞭藍藻色料RcaE的紅光吸收態（Pr）結構，但綠光吸收態（Pg）的結構尚不清楚，也不瞭解發生了何種結構轉變。
此次，研究人員重點研究了藍藻爲區分紅光和綠光，根據入射光來改變自身結構從而作爲切換吸收波長的開關而發揮作用的蛋白質RcaE。RcaE是由接受光的色料即膽色素發色團和包圍它的蛋白質組成的。
研究人員對膽色素發色團的結構進行了研究，發現在吸收綠光的狀態下，疏水環境中的膽色素發色團的特定位點上的氫原子（質子）移除，從而改變了膽色素發色團的結合狀態，使吸收光的波長明顯偏向短波長一側（從紅光爲主變爲綠光爲主）。
這一發現表明存在膽色素發色團周圍的化學特性在親水性和疏水性之間切換，從而控制吸收的波長的新型機制。
研究人員認爲，如果可以控制膽色素發色團的質子化狀態，就可以大幅改變光開關的吸收波長。
三島教授表示：「這種蛋白質的特點在於，綠/紅光吸收態的空間結構可以分別穩定存在，而不會輕易鬆弛（恢復到原樣）。因此有望將其用作新型光響應開關。最大吸收波長被發色團質子化控制這一點也很有趣，爲了明確去質子化位點，我們直接在蛋白質樣品中對測量靈敏度非常低的15N（氮）核進行了NMR測量，併成功確定了該位點」。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Science Advances
論文：Green/red light-sensing mechanism in the chromatic acclimation photosensor
URL：www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adn8386
