目次

まえがき ………………………………………………………………………… vii
本書を読むにあたって ………………………………………………………… ix

第1章

光合成と光合成細菌………………………………………………… 1
1 - 1 「光合成」とは？
1 - 2 呼吸と光合成 ……………………………………………………… 2、酸素を出さない「光合成」 ………… 5
1 - 3 酸素を使わない「呼吸」
1 - 4 光合成細菌とは？ ………………………………………………… 7
1 - 5 光合成反応中心と光捕集系 ……………………………………… 13
1 - 6 光合成研究の歴史と光合成細菌 ………………………………… 14
1 - 7 生物材料としての価値・利点 …………………………………… 16
第 1 章の参考文献……………………………………………………… 19

第2章

種類と系統分類2 - 1 慣用名と系統分類の歴史 ………………………………………… 21
2 - 2 分類学的特性と同定・種提唱の基準 …………………………… 24…………………………………………………… 24
2 - 2 - 1 表現型
2 - 2 - 2 遺伝型およびゲノム DNA の比較 ……………………… 26……………………………………… 27
2 - 2 - 3 命名の基準と管理
2 - 3 紅色細菌（プロテオバクテリア） ……………………………… 28………………………………………… 29
2 - 3 - 1 紅色非硫黄細菌…………………………………………… 32
2 - 3 - 2 紅色硫黄細菌
2 - 3 - 3 好気性光合成（AAnP）細菌 …………………………… 34
2 - 4 クロロフレクサス ………………………………………………… 36
2 - 5 緑色硫黄細菌 ……………………………………………………… 37
2 - 6 ヘリオバクテリア ………………………………………………… 38
2 - 7 クロラシドバクテリアとゲマティモナス ……………………… 39………………………………… 39
2 - 7 - 1 クロラシドバクテリアxi

目

次………………………………………… 39
2 -7 - 2 ゲマティモナス
第 2 章の参考文献……………………………………………………… 40
コラム① 好気性光合成（AAnP）細菌の多様性 …………………… 35

第3章

生態と培養法3 - 1 生態序論 …………………………………………………………… 43
3 - 2 紅色硫黄細菌と緑色硫黄細菌 …………………………………… 46……………………… 46
3 - 2 - 1 部分循環湖における分布と生態………………………… 50
3 - 2 - 2 海洋沿岸における分布と生態……………………………… 52
3 - 2 - 3 温泉における分布と生態
3 - 3 紅色非硫黄細菌 ……………………………………………………… 53
3 - 4 クロロフレクサス ………………………………………………… 56
3 - 5 ヘリオバクテリア ………………………………………………… 58…………………………………… 60
3 - 6 好気性光合成（AAnP）細菌
3 - 7 クロラシドバクテリアとゲマティモナス ……………………… 61
3 - 8 培養法 ……………………………………………………………… 62………………………………… 62
3 - 8 - 1 培養装置と培養の基本………………… 63
3 - 8 - 2 紅色硫黄細菌と緑色硫黄細菌の培養………………………………… 65
3 - 8 - 3 紅色非硫黄細菌の培養…………………………… 67
3 - 8 - 4 その他の光合成細菌の培養
分離と保存…………………………………………………………
3-967………………………… 67
3 - 9 - 1 紅色硫黄細菌と緑色硫黄細菌………………………………………… 68
3 - 9 - 2 紅色非硫黄細菌…………………………………… 69
3 - 9 - 3 その他の光合成細菌………………………………………………… 70
3 - 10 群集構造解析法
第 3 章の参考文献……………………………………………………… 71
コラム② ヘリオバクテリアの発見 …………………………………… 59
コラム③ 光合成細菌の運動性 ………………………………………… 61

第4章

反応中心と光合成電子伝達系

4 - 1 光合成電子伝達系の概要 ………………………………………… 73
4 - 2 紅色細菌の電子伝達系 …………………………………………… 76…………………… 76
4 - 2 - 1 反応中心複合体の構造と電荷分離xii

目

次…………………………………………… 80
4 - 2 - 2 キノンプール
4 - 2 - 3 シトクロム bc1 複合体 …………………………………… 81……………………………… 85
4 - 2 - 4 反応中心への電子供与系
4 - 2 - 5 逆電子流と NADH 合成 ………………………………… 87…………………………………… 88
4 - 2 - 6 電子伝達系の多様性………… 91
4 - 2 - 7 ミトコンドリアとの共通点および嫌気呼吸
4 - 3 クロロフレクサスの光合成電子伝達系 ………………………… 93
4 - 4 緑色硫黄細菌の電子伝達系 ……………………………………… 96
4 - 5 ヘリオバクテリアの光合成電子伝達系 ……………………… 100
4 - 6 その他の光合成細菌における電子伝達系 …………………… 104
第 4 章の参考文献…………………………………………………… 105
コラム④ プロトン濃度勾配 …………………………………………… 84

第5章 物質代謝
5 - 1 炭素同化（炭酸固定）系 ……………………………………… 107
5 - 1 - 1 カルビン回路（還元的ペントースリン酸回路） …… 109
5 - 1 - 2 還元的 TCA 回路 ……………………………………… 114…………………… 116
5 - 1 - 3 3 -ヒドロキシプロピオン酸回路…………………………… 118
5 -1 - 4 エチルマロニル CoA 経路………………………………… 121
5 - 1 - 5 その他の炭素代謝系
5 - 2 窒素代謝系 ……………………………………………………… 123……………………………………………… 123
5 - 2 - 1 窒素固定
5 - 2 - 2 脱 窒 …………………………………………………… 125
5 - 3 硫黄化合物の酸化 ……………………………………………… 128
0
5 - 3 - 1 硫化水素の酸化（H2S → S ） ………………………… 129
02－2－5 - 3 - 2 チオ硫酸の酸化（S2O3 → SO4 ＋ S ） …………… 129
02－
5 - 3 - 3 硫黄顆粒酸化系（S → SO3 ） ……………………… 131
2－2－
5 - 3 - 4 亜硫酸酸化系（SO3 → SO4 ） …………………… 131…………………………… 133
5 - 3 - 5 その他の無機電子供与体
5 - 4 ゲノム情報から探る代謝系 …………………………………… 134…………………………………………………… 135
第 5 章の参考文献
コラム⑤ 光合成電子伝達系の酸化還元バランス調節 …………… 122xiii

目

次第6章

光合成色素および脂質、キノン

バクテリオクロロフィル ……………………………………… 138
138
6 - 1 - 1 バクテリオクロロフィルの基本構造と光吸収特性…………………… 139
6 - 1 - 2 バクテリオクロロフィルの分布…………………… 142
6 - 1 - 3 バクテリオクロロフィルの機能………………… 143
6 - 1 - 4 バクテリオクロロフィルの生合成
6 - 2 カロテノイド ……………………………………………………… 154………………………… 154
6 - 2 - 1 カロテノイドの種類と機能………………………………………………… 156
6 - 2 - 2 生合成
6 - 3 脂質とキノン …………………………………………………… 167
第 6 章の参考文献…………………………………………………… 170
コラム⑥ 紅色細菌におけるカロテノイドと生合成経路の多様性
165
コラム⑦ 膜電位とカロテノイドシフト …………………………… 166

6-1

第7章

光捕集系

7 - 1 膜構造と光捕集系 ……………………………………………… 174
7 - 2 紅色細菌の光捕集系 …………………………………………… 179
7 - 2 - 1 コア光捕集集合体（LH1） …………………………… 179
7 - 2 - 2 反応中心 - コア光捕集複合体（RC - LH1） …………… 184
7 - 2 - 3 周辺光捕集複合体（LH2） …………………………… 192
7 - 3 緑色硫黄細菌、クロロフレクサスの光捕集系 ……………… 196………………………………………… 196
7 - 3 - 1 クロロソーム……………………………………… 200
7 - 3 - 2 ベースプレート
7 - 3 - 3 FMO タンパク質 ……………………………………… 201…………… 202
7 - 3 - 4 クロロフレクサスの光捕集タンパク質
7 - 4 色素間の励起エネルギー転移 ………………………………… 203………………………… 204
7 - 4 - 1 励起エネルギー転移の理論……… 210
7 - 4 - 2 クロロフィル分子間の励起エネルギー転移
215
7 - 4 - 3 カロテノイド－クロロフィル間のエネルギー転移……………………… 217
7 - 4 - 4 過剰な励起エネルギーの散逸
7 - 5 構造解析 ………………………………………………………… 221…………………………………… 221
7 - 5 - 1 X 線結晶構造解析………………………………… 223
7 - 5 - 2 クライオ電子顕微鏡…………………………………………………… 225
第 7 章の参考文献
xiv

目コラム⑧コラム⑨第8章

次光合成細菌の内膜構造と“クロマトフォア” ………… 178
光捕集色素複合体タンパク質とカロテノイドの結合195光合成遺伝子と発現調節

8 - 1 光合成遺伝子クラスター ……………………………………… 230
8 - 1 - 1 色素合成酵素遺伝子（bch、crt 遺伝子） …………… 232
8 - 1 - 2 反応中心および光捕集色素タンパク質の遺伝子（puf、puh、puc 遺伝子） …………………………… 233…………………………… 235
8 - 1 -3 光合成遺伝子の転写単位
さまざまな光合成細菌における光合成遺伝子の配置
236
8-1-4
8 - 2 光合成遺伝子の発現制御 ……………………………………… 238
8 - 2 - 1 2 成分制御系（RegB/RegA） ………………………… 238
8 - 2 - 2 遺伝子転写制御因子（PpsR） ………………………… 239
8 - 2 - 3 青色光受容因子（AppA） ……………………………… 241…………………………… 242
8 - 2 - 4 バクテリオフィトクロム
第 8 章の参考文献…………………………………………………… 243

第9章

光合成の誕生と進化

9 - 1 はじめに ～光合成誕生から進化のあらすじ～ ……………………
9 - 2 現存する光合成生物の比較整理と進化の疑問点 ……………
9 - 3 光合成誕生の場 …………………………………………………
9 - 4 色素合成能の獲得 ………………………………………………
9 - 5 色素の中心金属 …………………………………………………
9 - 6 反応中心の獲得と進化 ～三つの仮説～ ………………………
9 - 7 光合成の電子源の変遷 …………………………………………
9 - 8 光合成遺伝子クラスターとその水平伝播による進化 ………
第 9 章の参考文献……………………………………………………

第 10 章245246247249252254256257259

光合成細菌の利用……………………………………………………… 261
10 - 1 水素生産……………………………………… 263
10 - 2 生分解性プラスチックxv

目次…………………………………………… 265
10 - 3 菌体外核酸の生産……………………………………… 267
10 - 4 環境浄化における利用
第 10 章の参考文献 …………………………………………………… 271

付録 A：光合成細菌の分類名……………………………………………… 273
紅色非硫黄光合成細菌および好気性光合成（AAnP）細菌の分類群 273
表 A-2 紅色硫黄細菌の分類群 ……………………………………………… 277
表 A-3 クロロフレクサス、緑色硫黄細菌、およびその他の光合成細菌の分類群 278
付録 B：光合成細菌の菌株の入手と利用 ………………………………… 280
付録 C：参考書籍、雑誌の総説集 ………………………………………… 283
表 A-1

生物名（学名）索引…………………………………………………………… 285
事項索引………………………………………………………………………… 290
執筆者紹介……………………………………………………………………… 300

xvi