光合成のメカニズム解明に一歩前進 | 理化学研究所
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要旨

理化学研究所（理研）産業連携本部イノベーション推進センター中村特別研究室の中村振一郎特別招聘研究員、畠山允研究員らの国際共同研究チーム※は、光合成における酸素発生反応の触媒「酸素発生中心」について、酸素が発生する直前の高酸化状態[1]における分子構造を新たに見出しました。

植物や光合成細菌は光合成において、水（H2O）から酸素（O2）を作る酸素発生反応を起こします。この反応の酸素発生中心は、4個のマンガン（Mn）と1個のカルシウム（Ca）からなるMn4Caクラスターからなり触媒としての役割を担っています。酸素発生中心は、電子数の異なる状態（酸化状態）を五つもとり、これによってH2Oから電子（e-）を4個も引き抜く複雑な酸素発生反応を実現しています。この反応のメカニズムを解明するため、Mn4Caクラスターの五つの状態それぞれの解析が国内外で進められています。

今回、国際共同研究チームは、酸素発生の一歩手前の高酸化状態におけるMn4Caクラスターに注目し、各原子が互いに近接した密な構造となることを広域X線吸収微細構造（EXAFS）実験[2]と量子化学計算[3]の両面から見出しました。これらは、低酸化状態[1]からMn4Caクラスターに結合していた残基から得られました。H2Oやそこからプロトン（H+）のとれたヒドロキシル基（OH-）はMn4Caクラスターの外縁に位置し、外縁のH2OからO2ができる新しい反応機構が示されました。

本研究は新たな電極設計指針に大きな示唆を与えるため、今後の新たな展開が期待できます。

本研究は、米国の科学雑誌『Chemical Physics Letters』（6月8日号）に掲載されました。

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