JAMSTECら,光合成進化の糸口となる酵素反応発見

海洋研究開発機構(JAMSTEC),立命館大学,久留米大学は,好塩性光合成細菌の一種であるHalorhodospira halochlorisが持つゲラニルゲラニル還元酵素が,新規の水素付加反応特性を持つことを明らかにした(ニュースリリース)。

植物や微生物が持つクロロフィル色素,ビタミンE,ビタミンK1,あるいは古細菌の膜脂質といった生体化合物には,イソプレノイドと呼ばれる疎水性(水に溶けにくい)部位があり,これは細胞膜への結合あるいは細胞膜そのものとしての機能にとって重要となる。

ゲラニルゲラニル還元酵素はこうした生体化合物のイソプレノイド部位にある不飽和炭素結合への水素付加反応(還元反応)を担う酵素であり,この反応によってこれら生体化合物は正常な結合・機能を果たすことができる。

特に光合成生物の色素合成経路においては,クロロフィル(葉緑素)あるいはバクテリオクロロフィルの最終合成反応を触媒することが古くから知られていた。しかしながら,ゲラニルゲラニル還元酵素がどのようなメカニズムによって反応が起きるのかという作動原理は依然として分かっていない。

今回の研究では,光合成細菌の一種であるHalorhodospira halochlorisのバクテリオクロロフィル色素合成系で働くゲラニルゲラニル還元酵素が,これまで知られてきた6つの水素原子を付加する反応ではなく,光合成生物として初めての4水素付加型の特異な酵素活性を持つことを発見した。

さらに,この酵素のアミノ酸を一部変化させることで,これも初めてとなる特異な2水素付加型の活性を示す酵素へと改変することにも成功した。

この水素付加反応は,クロロフィル色素合成の最終段階で行なわれるものだが,今回の研究では,いずれの酵素反応の結果生じる色素でも光合成ができることが確認されており,研究グループは今後,異なる色素が生じた理由などの解明に取り組むことで,光合成進化の中で色素分子種が果たす役割などを明らかにしていくという。

光合成反応の要となるクロロフィル類の生合成については,未だ解明されていないことが多く,この研究がクロロフィル合成の全容把握や光合成色素の進化研究の発展に繋がることが期待される。

今回の研究によって,3つのタイプの水素付加反応を触媒する酵素が出揃った。この研究成果はゲラニルゲラニル還元酵素一般の作動原理を解明する足掛かりとなるもので,将来的にはビタミンやキノン等の健康食品化合物の改変・生産へ役立つことも期待されるとしている。

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