光合成は藻類や植物が太陽からの光エネルギーを使って空気中の二酸化炭素と水からエネルギーの元となる炭水化物を作る反応です。この自然界で用いられているエネルギー変換のしくみはクリーンで持続可能なエネルギーを生産できる技術であるため、そのしくみを明らかにすることは重要です。この光合成は、光を必要とする「明反応」と必要としない「暗反応」からなり、明反応は光化学系Ⅰと光化学系Ⅱ注1）の反応の組み合わせで進行します。
また、光を集めるアンテナ装置がこれら2種類の光化学系に結合して、吸収した光エネルギーを効率的に2つの光化学系に伝えます。光合成は外からくる光エネルギーによって駆動されるので、複雑な光合成システムの反応を効率よく進めるには、システムを駆動するエンジンに相当するアンテナ装置や光化学系の設計が重要になります。
今回、東京大学 大学院総合文化研究科 広域科学専攻の渡辺 麻衣 特任研究員と池内 昌彦 教授らの研究グループは、光合成によって二酸化炭素だけではなく、空気中の窒素を窒素化合物に変換（窒素固定）できる藻類の一種アナベナから、明反応において光エネルギーを集める役割（アンテナ装置）を果たすタンパク質の複合体（フィコビリソーム注2））と集めた光エネルギーを化学エネルギーに変えるタンパク質の複合体（光化学系Ⅰ超複合体）が相まって形成する超複合体を単離し、これまで知られていなかったその役割と構造を解明しました。また、この超複合体の形成に必須のタンパク質性因子も発見しました。このタンパク質性因子の発現を人為的に強化することで、光合成の反応のうち、光化学系Ⅰよる駆動を必要とする光合成生物を創り出せる可能性が示唆されました。
微細藻類や植物の光合成による物質生産は、クリーンで持続可能な生産技術として非常に注目されていますが、本研究は微細藻類と植物に共通的な光合成強化の基盤として、重要な技術開発のポイントになる可能性を秘めています。
なお、本成果は、おもに東京大学とオランダのフローニンゲン大学との共同研究によるものです。
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東京大学 大学院総合文化研究科 広域科学専攻 教授
池内 昌彦（いけうち まさひこ）
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<JSTの事業に関すること>
古川 雅士（ふるかわ まさし）
科学技術振興機構 戦略研究推進部
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◎東京大学 2014年2月4日発表
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20140204/index.html
