与植物不同,“光合细菌”在不产生氧气的情况下进行光合作用。由于它生活在稻田和温泉等熟悉的地方,并且具有极高的能量转换效率,因此从各个领域都期待阐明光合细菌的无氧光合作用机制。然而,另一方面,无氧光合作用经历了自己的进化,还有很多未知的部分,尤其是独特发展的三维结构一直是个谜。
在这种情况下,三重大学、茨城大学、冲绳理工大学研究生院等一组利用冷冻电子显微镜打造了红色红螺菌(R. rubrum)三维“核心光采集复合体”,一种光合细菌。成功地进行了可视化。光合复合物是一种复杂的膜蛋白,可使光合细菌收集光能并将其从光转化为电子进行传输。到目前为止,另一个在Ca2+(钙离子)存在下稳定的核心捕光复合物的结构已经被阐明,但该复合物即使在没有Ca2+的情况下也具有稳定的相互作用。结果证明了这一点。 这是首次阐明了独立于 Ca2+ 的复合物的机制。
此外,通过阐明详细的三维结构,还可视化了作为能量转换电子载体的“红醌”的结合状态。这提出了醌的流入和流出途径的模型,并且能够从光的捕获中阐明通过醌的电子转移途径。
预计这一结果将有助于开发多样化和高效的太阳能人工利用。此外,光合细菌在农业上得到应用,红醌作为驱虫药物的靶点也备受关注,因此可能有助于开发安全的驱虫药物。