構造に基づく理論化学解析による光合成水分解反応機構の解明

• 研究課題/領域番号: 24K01986
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分43040:生物物理学関連
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 斉藤 圭亮 東京大学, 先端科学技術研究センター, 准教授 (20514516)
• 研究期間 (年度): 2024-04-01 – 2029-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2024年度)
• 配分額: 18,850千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 4,350千円); 2028年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2027年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2026年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2025年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2024年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
• キーワード: 光合成 / 酸素発生・水分解反応 / 光化学系II / プロトン化状態 / 量子化学

研究開始時の研究の概要

光合成生物は光誘起電荷分離反応を効率的に行い，酸素発生・水分解反応を実現している．本研究では，光エネルギー変換装置である光化学系II複合体の立体構造を計算化学により解析し，光合成における水分解反応の分子機構の解明を目指す．反応で基質水分子から引き抜かれるプロトンの振る舞いを明らかにするため，時間分解X線解析により得られている反応中間体構造に基づいて，A)最適化構造，B)プロトン安定性，C)電子スピン共鳴のスペクトルの３つの量子化学的手法により評価し，すべてに矛盾のないプロトン化状態を決定する．これにより，プロトンを含めた反応中間体の分子構造の詳細を特定し，反応機構を解明する．