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太阳光エネルギーを使って水素イオンを排出、あるいは塩素イオンを细胞内へ取り込むポンプは古くから知られていた。しかし、生体にとって重要な电解质の一つであるナトリウムイオンのポンプは见つかっておらず、细菌が太阳光エネルギーをナトリウムイオンの输送のために使うことは全く考えられてこなかった。

© Kazuhiro Kogure, ロドプシンを保持する海洋細菌

东京大学大気海洋研究所?地球表层圏変动研究センターの吉泽晋特任研究员、木暮一启教授らは、名古屋工业大学の井上圭一助教、神取秀树教授らと共同で、光エネルギーを使ってナトリウムイオンを菌体外に排出する新しいタイプのタンパク质、ナトリウムポンプ型ロドプシンを海洋细菌の一种、Krokinobacter eikastus において新たに発见し、従来の定説を覆した。

ロドプシンは、私たちの目の視紅として知られる光受容性のタンパク質だが、藻類や細菌の間にも分布し、水素イオンや塩素イオンのポンプなどとしても機能している。今回の発見につながった海洋細菌は、2種類のロドプシン（KR1、 KR2）を有していた。KR1は水素イオンを排出するポンプであり、KR2はナトリウムイオンを排出するとともに、イオン環境や増殖期に応じてリチウムや水素イオンも排出するポンプであることが分かった。さらに、KR2の立体構造を解析することで、KR2におけるナトリウムイオンの結合部位や反応過程の詳細も明らかにした。

本研究は光エネルギーを使ってナトリウムイオンを排出する生物机能についての初の报告であり、今后のロドプシン研究に新しい展开をもたらす可能性が高い。また、地球上の生物における光利用の进化の过程、光エネルギーの利用がもたらす优位性、海洋生态系への新たな光エネルギー流入の过程など、多くの新しい研究领域の开拓にもつながると期待される。

论文情报

Keiichi Inoue, Hikaru Ono, Rei Abe-Yoshizumi, Susumu Yoshizawa, Hiroyasu Ito, Kazuhiro Kogure, Hideki Kandori,
“A light-driven sodium ion pump in marine bacteria”,
Nature Communications Online Edition: 2013/04/10(Japan time), doi: 10.1038/ncomms2689.

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