植物科学：植物光化学系超複合体のin situ構造

光合成は、チラコイド膜内の光化学系I（PSI）と光化学系II（PSII）の協調した働きを通じて、光を化学エネルギーに変換することで、地球上の生命を支えている。単離した光化学系の構造は得られているものの、葉緑体内での天然状態の組織構造は依然として不明である。今回我々は、in situクライオ電子顕微鏡法を用いて、イネ（Oryza sativa）の葉緑体を直接撮像し、天然の膜環境にある光化学系超複合体の構造を決定した。我々は、精製標品では保持されていなかった4つの集光性複合体II（LHCII）アンテナ三量体を含む、C₂S₂M₂L₄型のPSII–LHCII超複合体の構造を解明した。この構造に基づく励起エネルギー移動の計算は、in vivoの測定結果をよく再現し、その生理学的妥当性を示している。我々はまた、横並びの配置、チラコイド内腔を挟む配置、ストローマを挟む配置を含む、非対称なPSII–LHCII二量体、および三量体と四量体という高次集合体の構造も明らかにした。これらの観察に基づいて我々は、PSIIが、チラコイド内腔を挟む構造とストローマを挟む構造からなる「骨格」を形成し、それがチラコイドの形態を形作り、グラナの積層を支えると提案する。さらに我々は、PSI–LHCI–LHCII超複合体とPSI–LHCI超複合体の高分解能構造を得た。まとめるとこれらの構造は、脂質、色素、補因子の広範なネットワークを明らかにしており、植物の光化学系の天然状態の構造が、光合成の並外れた光子–電子変換効率をどのように支えているかを理解するための、最初の分子的枠組みをもたらす。

目次へ戻る