| 研究課題/領域番号 |
22K06160
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分43040:生物物理学関連
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
三野 広幸 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (70300902)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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| キーワード | 光合成 / 酸素発生 / EPR / ESR / 電子移動 / マンガンクラスター |
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| 研究開始時の研究の概要 |
光合成酸素発生反応は光化学系Ⅱタンパク質のマンガンクラスターで行われる。反応中間状態の分子構造はX線結晶構造解析により構造が解明されつつあるが、分子構造の解明だけでは酸素発生メカニズムは解明できない。本研究はマンガンクラスターの高酸化中間状態S2、S3の電子状態を電子スピン共鳴（ESR）により解析し、基質酸素原子の取り込み過程を解明することを目的としている。申請者が発見した新しいS2中間状態g =5異性体は高スピン（S = 5/2 or 7/2）を持ち酸素原子取り込み反応に直結する構造をとると考えられる。本研究ではこの信号の解析を中心に高酸化状態の解明を目指す。
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| 研究成果の概要 |
光合成酸素発生をになう光化学系IIタンパク質複合体のマンガンクラスターには5つの中間酸化状態（Si : i = 0-4）が存在し、サイクリックに状態遷移する。S2-S3状態間では水分子の挿入が行われると考えられている。S2状態はEPR法によって検出できる。通常安定なg = 2 (S = 1/2)という状態に加え g = 4 (S = 5/2) という異性体の存在が知られている。本研究ではg = 4状態についてパルスEPR測定を行った。更に、量子化学計算との比較により分子構造を明らかにした。また、g = 5 状態についての解析を行いS2-S3状態の遷移機構の解析を行った。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
光合成酸素発生は地球の生命活動において最も重要な反応過程のひとつである。酸素発生機構の解明は、生命活動の意義、原理の解明において基礎的な意味をもつ。また、量子効率の高い太陽エネルギーの化学エネルギー変換過程は工学的にも模範として学ぶべきものである。酸素発生はマンガンクラスターが構造を変化させることによって水分子を取り込み、４つの光子のエネルギーを吸収して酸素分子を創出する反応である。X線構造解析が進んだ現在でも、水分子の挿入過程は明らかになっていない。本研究では磁気構造から分子軌道を介して電子構造を明らかにし、この反応過程を解析している。
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