研　究　紹　介

光合成ではどうやって電子を渡す？

植物における光合成は葉緑体で行われます。葉緑体の膜には、蛋白質がたくさん埋め込まれています。そこで水から取り出された電子が、ある蛋白質から次の蛋白質へと受け渡されていきます。この過程で蛋白質の構造がわずかに変化し、それに伴い水素イオンが膜の片側から反対側へ押し出されるのです。

この水素イオンは、ダムにたまる水のような役割を果たします。膜の片側に蓄えられた水素イオンは、やがて元の方向に一気に流れ戻ります。その際、ダムのタービンのように働く酵素を回転させ、ATP というエネルギー物質を生成します。しかし、ダムの水をくみ上げるには、地上の水を蒸発させ雨雲を形成させるための太陽の光が必要です。同じように、電子を移動させるには、その原動力としての日光が欠かせません。

さて、膜の中のタンパク質の配置には少し間隔が広い箇所がありますが、そこには渡し船のような働きをする蛋白質が存在します。この蛋白質は電子を運び、次の蛋白質の場所に到着すると、そこで電子を渡します。このような蛋白質の一つが、シトクロム c6（Cyt c6）です。

大阪大学の栗栖源嗣先生、川本晃大先生らの研究によると、Cyt c6 が本来の到着地点ではなく、少し離れた箇所に停泊しているように見える様子が電子顕微鏡で観察されました。その理由を詳しく調べたところ、この箇所が待合室のような機能を持つことが示唆されました。本来の到着地点に直接向かうと、電子がすでに溜まりすぎて混雑している可能性があります。そのため、待合室で一時的に待機し、電子という「荷物」が膜の反対側のフェレドキシンに渡されるのを待っているのではないかと考えられます。そうでないと、電子渋滞が起きかねません。そして余裕ができると、本来の到着地点に移動して電子を受け渡しているのかもしれません。

現在、このような現象を大阪大学の極低温電子顕微鏡と当大学の NMR を用いて観察しています。

変な物質を作る海綿

海に行くと岩場になにか気持ち悪いブヨブヨしたものが付いています。海綿です。これを乾かすとスポンジになるのですが、学問的にはたいへん面白い生き物です。６－７億年ほど前に単細胞生物から多細胞生物ができてくる、ちょうどその中間の生物なのです。そのような下等に見える生物ですが、なにやら変な物質「アキュレイン Aculeine」を作ります。44 個のアミノ酸がつらなり、その先にポリアミンが付いているのです。そのアミノ酸の部分を AcuPep と呼んでいますが、ジスルフィド結合を３本ももっているのです。これだけですと「変わった物質ですね」で終わっていたのですが、あろうことか、これが細胞膜や核膜を通り抜ける力を持っているのです。現在、多くの製薬会社がペプチド創薬を開発していますが、悲しいことに細胞の中に入っていかないのです。ということは、薬を呑んでも効き目が０ということです。そこで、この Aculeine はその救世主になるかもしれないと注目を集めています。私達は、この AcuPep の立体構造を解いています。かなり姿が見えてきました。最近は AlphaFold という AI で立体構造を予測することも多いのですが、この AcuPep は 44 残基と短いにもかかわらず、AlphaFold の歯が立たないのです。たいへん不思議です。NMR で立体構造を解いた後は、AcuPep とポリアミンがどのように絡み合っているのか、そして、それらがどのような細胞膜に入っていくのかを NMR で解明することができるでしょう。

（酒井隆一先生、及川雅人先生、入江樂先生との共同研究）