由东京药科大学药学部的永江峰幸助教、青山洋史副教授和三岛正规教授等人组成的研究团队与丰桥技术科学大学、佐贺大学理工学院、金泽大学研究生院自然科学研究科、大阪大学蛋白质研究所、自治医科大学医学部、东京都立大学研究生院理学研究科合作发表研究成果称，通过解析蓝藻的光合作用蛋白质群“蓝藻色素RcaE”的绿光吸收态（Pg）的结构和详情，明确了调节光合作用的光开关的工作原理。该成果是通过结合X射线晶体结构解析、胆色素发色团的化学合成、NMR测定、量子化学计算这4种方法解析实现的。研究成果有望阐明光合作用的环境响应机制。相关成果已于6月12日发表在国际期刊《Science Advances》上。
图1：蓝藻色素RcaE对光（补色）适应性的控制（供图：东京药科大学）
进行光合作用的蓝藻为了能够在多种环境下进行光合作用，会根据不同的光进行最佳光合作用而切换所使用的光的颜色。例如，一些蓝藻可以区分使用红光进行的光合作用和使用绿光进行的光合作用。
近年来，研究人员发现蓝藻拥有结合了胆色素发色团（接受光的色素）的光感受蛋白质的蓝藻色素群，这种蓝藻色素群具有感知各种光的能力。
特别是感知绿光和红光的蓝藻色素RcaE作为调节光合作用天线蛋白质的形状和所吸收的光的颜色的光开关而发挥作用。
此前，研究团队针对可以利用红光和绿光进行光合作用的蓝藻，成功阐明了蓝藻色素RcaE的红光吸收态（Pr）结构，但绿光吸收态（Pg）的结构尚不清楚，也不了解发生了何种结构转变。
此次，研究人员重点研究了蓝藻为区分红光和绿光，根据入射光来改变自身结构从而作为切换吸收波长的开关而发挥作用的蛋白质RcaE。RcaE是由接受光的色素即胆色素发色团和包围它的蛋白质组成的。
研究人员对胆色素发色团的结构进行了研究，发现在吸收绿光的状态下，疏水环境中的胆色素发色团的特定位点上的氢原子（质子）移除，从而改变了胆色素发色团的结合状态，使吸收光的波长明显偏向短波长一侧（从红光为主变为绿光为主）。
这一发现表明存在胆色素发色团周围的化学特性在亲水性和疏水性之间切换，从而控制吸收的波长的新型机制。
研究人员认为，如果可以控制胆色素发色团的质子化状态，就可以大幅改变光开关的吸收波长。
三岛教授表示：“这种蛋白质的特点在于，绿/红光吸收态的立体结构可以分别稳定存在，而不会轻易松弛（恢复到原样）。因此有望将其用作新型光响应开关。最大吸收波长被发色团质子化控制这一点也很有趣，为了明确去质子化位点，我们直接在蛋白质样品中对测量灵敏度非常低的15N（氮）核进行了NMR测量，并成功确定了该位点”。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Science Advances
论文：Green/red light-sensing mechanism in the chromatic acclimation photosensor
URL：www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adn8386
