Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
本研究では酸素発生系S2中間状態における高スピン状態の構造に焦点をあて、磁気的解析に基づき分子構造と電子状態を明らかにする。高スピン状態にはg=4, g=5, g=6-10などの種類があることがわかっている。光化学系Ⅱを乾燥することにより二次元に配向した配向膜を用いて酸素発生系マンガンクラスターの磁気的異方性の観測を行い、マンガンの価数、マンガン間の相互作用と空間配置の定量的な評価を行う。
光合成酸素発生は光合成系IIタンパク質複合体中のマンガンクラスターで行われる。マンガンクラスターは４つのマンガン(Mn1-4), 5つの酸素(O1-5)とカルシウムから構成されている。マンガン間は酸素原子で架橋されているが、Mn1,Mn4とラベルされたマンガン間の結合長が長く分子構造が不安定である。Mn1とMn4の間の酸素原子O6がいずれのMnに近いかによる２つの異性体構造が存在するとされている。酸素発生反応の過程では5つの中間状態(S0-S4)が存在し、これまでの定説ではS2状態には低スピンg=2と g~4高スピンg≧4の２状態が２つの異性体構造に対応するとされてきた。本研究ではこれらの異性体以外に新たにg=5をもつ S2中間体が存在し、機能に関わることを発見した。 g=5信号は数10本からなる対称性の高いおよそ30 G間隔の超微細相互作用分離からなる信号である。本研究では４つのマンガン間の相互作用の大きさを定量的に評価をおこなった。g=5状態はS=5/2またはS=7/2の高スピン状態と考えられ、これまで考えられてきた構造とは大きく異なることがわかった。また、超微細構造ももたずg値もやや小さくははあるものの、先行研究でg＝4信号と解釈されてきた信号の中にg=5状態が混在していることがわかった。これは低スピンg=2と高スピンg≧4として構造を２分類してきたこれまでの通説を否定するものである。また、g=5状態の形成要因としてマンガンクラスター周辺の電荷による構造ひずみであることを明らかにした。g=5状態をS2-S3状態の中間的なS2構造と提案して異性体の構造モデルを構築した。更に、g=5状態の、熱力学的安定性を正確に評価することによりスピン状態によって異なるS2異性体のエネルギー準位の評価を行った。
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
All 2022 2021 2020 Other
All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results, Peer Reviewed: 4 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results, Invited: 1 results)
Photosynthesis research
Volume: - Issue: 2 Pages: 207-212
10.1007/s11120-022-00916-9
Volume: - Issue: 3 Pages: 289-295
10.1007/s11120-021-00885-5
The Journal of Physical Chemistry B
Volume: 124 Issue: 27 Pages: 5531-5537
10.1021/acs.jpcb.0c02913
120006869619
The Journal of Physical Chemistry Letters
Volume: 11 Issue: 20 Pages: 8908-8913
10.1021/acs.jpclett.0c02411
120006890087
