理研ら，藻類の太陽光エネルギーの伝達状態を解明

理化学研究所，東北大学，熊本大学，豊橋技術科学大学は，太陽光エネルギーを高効率で吸収する藻類の光捕集タンパク質複合体「フィコビリソーム（PBS）」と水を分解して酸素を発生する膜タンパク質複合体「光化学系（PSⅡ）」が相互作用したフィコビリソームー光化学系Ⅱ（PBS-PSⅡ）超複合体の調製法を確立し，その全体構造の評価と，フィコビリソームからPSⅡへの光エネルギー伝達の速度と経路を明らかにした（ニュースリリース）。

シアノバクテリアや紅藻・灰色藻といった藻類は，光合成の初期反応に関わるPBSを用いて太陽光エネルギーを高効率に吸収し，そのエネルギーを主にPSⅡへと伝達する。PSⅡはPBSが吸収したエネルギーを利用して水を分解し，生物が生きていく上で必須な酸素を発生させる。

PBSとPSⅡはどちらも非常に巨大なタンパク質複合体で，いずれも不安定。これまでこの二つのタンパク質複合体が相互作用したPBS-PSⅡ超複合体を得ることができず，PBSからPSⅡへのエネルギー伝達の詳細な速度・経路については解明されていなかった。

研究グループは，好熱性シアノバクテリア（T. vulcanus）からPBS-PSⅡ超複合体を得るために，新たな試料調製法を確立した。この新規調製法によって得た試料を，電子顕微鏡用染色剤である酢酸ウラン溶液を用いて染色し，その後，電子顕微鏡測定で観察された粒子像を2次元クラス分類することで，T. vulcanusのPBS-PSⅡ超複合体が得られていることを確認した。

さらに，得られた試料の時間分解蛍光測定を行なうことで，PBSからPSⅡへの超高速な光エネルギー伝達の速度と経路が明らかになった。

T. vulcanusのPBSは，主にフィコシアニン（PC）とアロフィコシアニン（APC）で構成される。PCとAPC内ではフィコシアノビリン（PCB）と呼ばれる色素が結合し，PCBによって光エネルギーが吸収される。

PBSの光エネルギー伝達はタンパク質内のPCB間で行なわれ，PBSの先端部に位置するPCロッドが光エネルギーを吸収すると，まずAPCに光エネルギーが伝達され，その後APCの中心部位，PSⅡへと主に蛍光共鳴エネルギー移動を利用して伝達されていく。

この光エネルギーの伝達はピコ秒～ナノ秒という超高速で行なわれており，詳細な時間分解蛍光測定によってPBSが吸収した光エネルギーがどういう経路をたどってPSⅡへと伝達されるのかが明らかになった。

研究グループは，この知見を人工光合成研究に取り入れることで高効率光エネルギー伝達システムの構築に貢献すると期待されるとしている。