光合成水分解反応の触媒と類似のモデル化合物の合成に成功 - 岡山大

 

岡山大学は5月8日、光合成水分解反応の触媒であるMn4CaO5クラスターと類似のモデル化合物を人工的に合成することに成功したと発表した。

同成果は岡山大学大学院自然研究科(理)の沈建仁 教授(同大光合成研究センター長)、中国科学院化学研究所、ドイツベルリン自由大学らの共同研究グループによるもの。5月8日付の米科学誌「Science」に掲載された。

光合成における水分解・酸素発生反応は藻類や植物の葉の中の葉緑体にある光化学系II複合体と呼ばれるタンパク質で行われており、同タンパク質中で触媒として水分解・酸素発生反応を実際に進めているのがMn4CaO5クラスターだ。

今回、沈教授らが合成したMn4CaO5クラスターは、タンパク質の代わりに有機化合物に結合しており、天然のものと同じ化学組成と歪んだ椅子型構造を有している。さらに、人工的な酸化剤によって天然の触媒と同じように1電子ずつ酸化され、天然の触媒と同じような反応中間体を取ることが判明した。

一方、このモデル化合物は水を酸化することができない。これは構造上の歪みの位置が原因と考えられており、天然触媒と人工化合物の間で異なった歪みの部位が水分解の触媒活性を発現するのに重要であることを示しているという。

今回の研究成果は、天然触媒の反応機構を研究するためのモデルシステムを提供しただけでなく、天然触媒における特殊な歪みを人工的に再現することで、水分解活性を持つ人工化合物の合成に一歩近づくものとなった。今後、水分解の人工触媒の合成に成功すれば「人工光合成」の実現も期待される。

水分解の天然触媒と合成されたモデル化合物。A: 光化学系IIにおける水分解の天然触媒Mn4CaO5クラスターの構造、B: 今回合成されたモデル化合物の構造、C: 天然触媒のタンパク質配位場を含んだ構造、 D: 合成化合物の周辺配位場を含んだ構造



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