光合成の中核をなす「歪んだ椅子」構造の謎をついに解明―触媒活性の要因特定で人工光合成系の実現に重要な一歩―

光合成の中核をなす「歪んだ椅子」構造の

謎をついに解明

―触媒活性の要因特定で人工光合成系の

実現に重要な一歩―

2013年10月15日

大阪大学研究成果リリース

詳細は、リンクを参照して下さい。

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　高等植物や藻類の光合成では、

太陽エネルギーを利用して水を酸素と

水素イオンに分解します（図1）。

　この反応を行う光合成蛋白質

Photosystem II（PSII）※1中に

埋め込まれた天然の触媒部位

Mn4CaO5錯体※2は、錯体を構成する

マンガン（Mn）と酸素（O）間の結合が

数カ所で伸びており、結果として

「歪んだ椅子」型構造をとっています

（図2）。

　この歪んだ非対称性こそが水分解触媒

活性をもたらすのに重要であることが

知られています。

　この構造解明が進まないことが、効率的

な人工光合成系※3の開発を阻害して

おりました。

　このたび、大阪大学理学研究科の

石北央教授と、斉藤圭亮助教の

研究グループは、PSII蛋白質分子に対して、

今年のノーベル化学賞受賞対象となった

量子化学計算手法「QM/MM法」※4を行う

ことで、これまで、歪みの原因は

Caが一つだけ含まれていることによると

考えられていた定説を覆し、歪みの直接の

原因は「椅子」の「台座」部位に存在する

Caではなく、そこから離れた「背もたれ」

部位に一つだけ存在するMnであることを

明らかにしました。

　これにより、今後は人工光合成系の開発

が大きく加速することが期待されます。

　なお、石北央教授は今年のノーベル

化学賞受賞者Arieh Warshel教授

（南カリフォルニア大）のポスドク研究員

として、2008年まで研究していました。

　また、本研究成果は2013年10月2日

（オランダ時間）にオランダの

生化学専門誌

「Biochimica et Biophysica Acta」の

オンライン版で公開されました。

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　素晴らしい成果のようです。

＞水分解を目指す人工光合成系の意義は、

＞生成物の酸素よりもむしろ、

＞同時に生じる水素イオン由来の水素を

＞産み出すことにあります。

＞水素は燃料水素電池に利用でき、

＞必要なときにエネルギーを取り出す

＞ことができるからです。

＞水分解活性の鍵「歪み」の原因を

＞特定できたことにより、今後は

＞水素生成を目指した人工光合成系の

＞開発が大きく加速することが期待

＞されます。

　とのこと。

　期待しましょう。