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東大、藻類のエネルギー変換のしくみを解明 新たなエネルギー生産技術に貢献

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東大、藻類のエネルギー変換のしくみを解明 新たなエネルギー生産技術に貢献

東京大学は、藻類の光合成の新しいエネルギー変換装置を解明したと発表した。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る。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となることが期待される。

発表のポイント

  • 藻類や植物の光合成には、いずれも多数のタンパク質で構成される、「アンテナ装置」と「光化学系」が必要。
  • 光合成を行う藍藻類(シアノバクテリア)で、光化学系Iとアンテナ装置の超複合体の単離に初めて成功し、超複合体の形成に必要なタンパク質を発見した。
  • 今回発見した超複合体を応用することで、光合成反応を促進する新しい光合成生物や光合成生産システムが創出できる可能性や水素生産への利用などが期待できる。

発表の概要

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CO2と水からエネルギーの元となる炭水化物を作る反応。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となるため、そのしくみを明らかにすることが重要となる。

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」の反応の組み合わせで進行する。

「光化学系Ⅰ」と「光化学系Ⅱ」は光エネルギーを化学エネルギーに変換する光化学反応を行う装置で、植物や藍藻ではこの2種類の光化学系が存在する。「光化学系Ⅰ」は、その強力な還元力でCO2を還元する電子や窒素固定反応に必要なATP(アデノシン三リン酸ともいう。高エネルギー物質)生産に働く。「光化学系Ⅱ」は、その強力な酸化力で水を酸化して電子を取り出す。

また、光エネルギーを集める役割を担う「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る。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る。

東京大学は、光合成によってCO2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「アンテナ装置」となるタンパク質の複合体(フィコビリソーム)と、「光化学系」とな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に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た。

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。また、本研究の一部は、科学技術振興機構(JST)CREST研究領域の一環として支援を受けて得られた。

【参考】
科学技術振興機構 - 藻類の光合成の新しいエネルギー変換装置を解明

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