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2024 年度 研究成果報告書

光合成酸素発生系の基質水分子結合過程の追跡

研究課題

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研究課題/領域番号 22K06160
研究種目

基盤研究(C)

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
研究機関名古屋大学

研究代表者

三野 広幸  名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (70300902)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
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
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。

自由記述の分野

生物物理学

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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公開日: 2026-01-16  

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