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本研究では、光合成反応のうちで最大の謎とされる水分解→酸素発生反応の分子メカニズムの解明を目的に、水分解触媒として機能するマンガンクラスターの酸化還元電位の計測に取り組む。これまでマンガンクラスターが作動する電位の実測例は全くなく、水分解機構におけるエネルギー論は推測の上で議論されてきたが、フーリエ変換赤外(FTIR)差スペクトル法を分光電気化学法に適用した計測系を新たに構築して実測に挑むことにより、天然の水分解系の作動電位領域と駆動力という物理化学的実態を明るみに出すことを目指している。平成27年度においては、初年度に確立したFTIR分光電気化学計測系を用いて、光化学系IIマンガンクラスターのEmの決定を目的にジk年を進めた。+400 mVから-100 mVという電位領域において、詳細に反応の電位依存性を調べたところ、予想に反してマンガンクラスターそのものはかなり低い電位でないと還元されないことを見出した。この結果が意味することとして2つ考えられるが、まず一つは表在性蛋白質がマンガンクラスターの化学的還元を保護しているということ、もう一つは非常に低い電位でも安定であるということである。現在、表在性蛋白質を取り除いた測定を行うことにより、反応性を追求しているところである。また、この測定を通じて、QBとQAという電子受容分子の酸化還元電位を高精度に測定することができるようになった。特にQBのEm計測は、史上初めてのことであり、結果、QBの第一還元電位Emは+93 mVと決定された。さらに、このEm値は、Mnクラスターを損傷させても6 mVほどしか変化しないことが分かった。したがって、Mnクラスターが損傷した際、QBのEmは変動させないことでQAとのEm差を小さくするような電子伝達制御がなされていることを明らかにし、QAとQBによる電子伝達機構を刷新した。
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