光合成系における光エネルギー伝達機構の理論的解明

2020 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17K05757
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物理化学
• 研究機関: 京都大学 (2018-2020); 琉球大学 (2017)
• 研究代表者: 東 雅大 京都大学, 工学研究科, 准教授 (20611479)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 光捕集アンテナ / 励起エネルギー移動 / 分子シミュレーション / 光合成色素

研究成果の概要

本研究の目的は、我々が独自に開発してきた手法を活用し、光捕集アンテナの光エネルギー伝達機能とタンパク質の構造および揺らぎとの相関を分子論的に明らかにすることである。まず、光捕集アンテナに含まれる色素の励起エネルギーや色素の励起状態間のカップリングを解析したところ、実験結果とよく一致した。また、光エネルギーの伝達ダイナミクスを解析したところ、異なるタンパク質環境に置かれた色素の励起エネルギーの揺らぎの違いがエネルギー伝達を加速していることが明らかになった。また、光合成色素の高励起状態からの緩和過程も解析し、配位子が重要な役割を果たすことも明らかにした。

自由記述の分野

理論化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、光捕集アンテナが内部に含まれる色素の励起エネルギーの揺らぎを最適化することで効率的なエネルギー伝達を実現していることを明らかにした。さらに、極低温よりも室温で揺らぎを最適化していることも明らかにしている。これらの研究成果は、これまで解析が困難だった揺らぎの役割を初めて明らかにしたものであり、学術的意義は大きいと考えられる。今後、本研究で得られた成果が人工光合成や太陽電池などの分子設計の指針となることも期待される。