原始紅藻 Galdieria sulphuraria 光化学系I集光性色素タンパク質超複合体の立体構造解析

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2025-05-20 静岡大学

原始紅藻 Galdieria sulphuraria 光化学系I集光性色素タンパク質超複合体の立体構造解析

静岡大学農学部の長尾遼准教授らの研究チームは、極限環境に適応した原始紅藻 Galdieria sulphuraria 由来の光化学系I集光性色素タンパク質超複合体(PSI-LHCI)の立体構造を、クライオ電子顕微鏡による単粒子構造解析で2.19Åの高解像度で解明しました。この構造は、PSI単量体と7つのLHCIサブユニット(LHCI-1~7)で構成され、進化的に保存された結合様式を持つことが明らかになりました。特に、RedCAPタンパク質がPSIと特異的に相互作用していることが示され、紅藻の光合成システムの進化的適応を理解する上で重要な知見となりました。また、PSIのA1電子受容体には一般的にフィロキノンが結合していますが、本研究ではフィロキノンが検出されず、代わりにベンゾキノン様分子が存在することが示唆されました。この発見は、G. sulphuraria が独自の電子伝達分子を用いることで環境に適応している可能性を示しています。本研究成果は、2025年5月16日に国際学術誌「Science Advances」に掲載されました。

<関連情報>

赤色藻類の祖先に近いGaldieria sulphuraria由来の光化学系Iスーパーコンプレックスの構造 Structure of a photosystem I supercomplex from Galdieria sulphuraria close to an ancestral red alga

Koji Kato, Minoru Kumazawa, Yoshiki Nakajima, Takehiro Suzuki, […] , and Ryo Nagao
Science Advances  Published:16 May 2025
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.adv7488

Abstract

Red algae exhibit unique photosynthetic adaptations, characterized by photosystem I (PSI) supercomplexes containing light-harvesting complexes (LHCs), forming PSI-LHCI supercomplexes. In this study, we solved the PSI-LHCI structure of Galdieria sulphuraria NIES-3638 at 2.19-angstrom resolution using cryo–electron microscopy, revealing a PSI monomer core associated with seven LHCI subunits. Structural analysis uncovered the absence of phylloquinones, the common secondary electron acceptor in PSI of photosynthetic organisms, suggesting adaptation to a benzoquinone-like molecule. Phylogenetic analysis suggests that G. sulphuraria retains traits characteristic of an ancestral red alga, including distinctive LHCI binding and interaction patterns. Variations in LHCI composition and interactions across red algae, particularly in red-lineage chlorophyll a/b–binding–like protein and red algal LHCs, highlight evolutionary divergence and specialization. These findings not only deepen our understanding of red algal PSI-LHCI diversification but also enable us to predict features of an ancestral red algal PSI-LHCI supercomplex, providing a framework to explore evolutionary adaptations from an ancestral red alga.

生物化学工学
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