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光合成で酸素できる仕組み解明 岡山大チームなど 人工光合成実現に光

酸素分子を作り出すたんぱく質複合体が二つ結合した構造。丸の部分に反応を促す「ゆがんだ椅子」がある=岡山大提供

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 植物が行う光合成のうち、水分子が分解されて酸素ができる反応の仕組みを明らかにしたと、岡山大などの研究チームが発表した。論文が18日、米科学誌サイエンス電子版に掲載される。反応は約20個のたんぱく質などでできた複合体が仲介するが、どのように反応を進めるか不明だった。チームは「人工光合成の実現に向けて重要な情報になる」と強調している。

 太陽光を使い、二酸化炭素と水から酸素とでんぷんを作り出す光合成は、複数の反応に分けられる。最初の反応で、このたんぱく質複合体が二つの水分子から電子と水素イオンを取り出し、酸素分子を形成する。研究チームの沈建仁(しん・けんじん)・岡山大教授らが複合体の構造を世界で初めて明らかにしたが、酸素ができる仕組みは未解明だった。

 研究チームは、X線を極めて短時間照射する方法を用い、水分子を分解して酸素分子をつくる反応の五つの途中段階のうち3段階の状態を捉えることに成功した。反応が起こる部分はマンガンやカルシウムなどの原子が「ゆがんだ椅子」のような形に並び、二つの酸素原子が結合しやすいように形が変化していくことが判明したという。

 反応の仕組みが明らかになったため、太陽光を利用して水を分解し、有用な化学物質を作り出す反応を人工的に起こせるようになる可能性がある。研究チームの菅倫寛(すが・みちひろ)・岡山大准教授は「光合成での水分解反応の仕組みの核心に迫れた。植物内で起きている反応を模倣できる方法を見つけたい」と説明した。【渡辺諒】

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