【ポイント】

多くの光合成細菌にとって酸素は有害ですが、海洋性紅色非硫黄細菌は酸素存在下でも生育できます。この細菌において光合成を担うタンパク質複合体の構造をクライオ電子顕微鏡で観察したところ、新たな膜タンパク質を発見し、酸素存在下でも効率よくエネルギー変換できる仕組みの一端を解明しました。

光合成細菌は光合成の際に酸素を発生しませんが、太陽光エネルギーを高効率で化学エネルギーへ変換する能力を持ちます。また、植物が利用しない近赤外光を利用でき、淡水や海水、温泉など多様な環境に適応しています。中でも海洋性紅色非硫黄細菌 Rhodovulum sulfidophilum は、酸素存在下でも高い環境耐性を持つモデル生物です。しかし、その光捕集・エネルギー変換を担うタンパク質LH1–RC複合体が高効率な光合成を実現する仕組みは未解明でした。
本研究では、クライオ電子顕微鏡を用い、1.8 Åという極めて高い分解能でLH1–RC複合体を解析し、未知の膜タンパク質protein-3hを同定しました。さらに、この膜タンパク質の近傍には、ヘム（鉄を中心に持つ環状分子）に結合していない孤立した鉄が存在することを明らかにし、この鉄が電子伝達の中継点として機能する可能性を示しました。これらの知見は、光合成の理解を深めるとともに、遺伝子改変によるバイオテクノロジー応用や、硫化水素を含む排水処理など環境インフラ維持への貢献につながると期待されます。

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【論文情報】

【題　名】
Structural insights into the photochemistry of the LH1–RC complex from the marine purple phototrophic bacterium Rhodovulum sulfidophilum
（海洋性紅色光合成細菌 Rhodovulum sulfidophilum由来LH1–RC 複合体の構造学的知見）

【著者名】
Xing-Yu Yue^1,2, Guang-Lei Wang^1,2, Shinya Kosaki³, Kenji V. P. Nagashima⁴, Yu-Lu Wu^1,2, Yuki Kobayashi⁵, Tomoya Sugiyama⁶, Ryo Kanno^7,8, Endang R. Purba⁸, Shinichi Takaichi⁹, Toshiaki Mochizuki⁸, Akira Mizoguchi¹⁰, Bruno M. Humbel^11,12, Michael T. Madigan¹³, Hiroyuki Mino³, Kazutoshi Tani^14,15, Yukihiro Kimura⁶, Zheng-Yu Wang-Otomo⁵ & Long-Jiang Yu^1,2
1 State Key Laboratory of Forage Breeding-by-Design and Utilization, Institute of Botany, Chinese Academy of Science, ² University of Chinese Academy of Sciences, ³ Department of Physics, Graduate School of Science, Nagoya University. ⁴ Research Institute for Integrated Science, Kanagawa University, ⁵ Faculty of Science, Ibaraki University. ⁶ Department of Agrobioscience, Graduate School of Agriculture, Kobe University. ⁷ Quantum Wave Microscopy Unit, Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), ⁸ Scientific Imaging Section, Core Facilities, Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), ⁹ Department of Molecular Microbiology, Faculty of Life Sciences, Tokyo University of Agriculture, ¹⁰ Graduate School of Medicine, Mie University. ¹¹ Optical Neuroimaging Unit, Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), ¹² Department of Cell Biology and Neuroscience, Juntendo University, Graduate School of Medicine. ¹³ School of Biological Sciences, Department of Microbiology, Southern Illinois University, ¹⁴ Center for Computational Sciences, University of Tsukuba, ¹⁵ Center for Quantum and Information Life Sciences, University of Tsukuba
【掲載誌】 Communications Biology
【掲載日】 2026年3月2日
【DOI】 10.1038/s42003-026-09755-z

【URL】 https://doi.org/10.1038/s42003-026-09755-z

【研究代表者】

大学院理学研究科 三野 広幸 准教授
https://www.bio.phys.nagoya-u.ac.jp/