光合成の初期过程では、光化学系滨滨と呼ばれるタンパク质と色素の复合体が、光エネルギーを利用して水から电子を引き抜き、电子を夺われた水は酸素分子へと分解されます。この、水から电子を取り出して酸素を生む「水分解-酸素発生反応」は、光エネルギーを化学エネルギーに変换する键となる反応です。
伊福健太郎 農学研究科教授、今泉滉 生命科学研究科修士課程学生、西村太志 同博士課程学生（研究当時）、中野雄司 同教授らは、野口巧 名古屋大学教授、長尾遼 同特任助教（現：岡山大学特任講師）、石北央 東京大学教授、斉藤圭亮 同准教授との共同研究により、人工的な条件下で光化学系IIの水分解-酸素発生反応の活性を向上させるアミノ酸変異を発見しました。さらに、活性亢進のメカニズムに関して、光化学系IIの水分解-酸素発生反応の鍵となる部位付近に特異的に結合する機能未知の塩素イオンが、このアミノ酸変異によってより安定に結合することを示しました。これにより、上記の塩素イオンが光化学系IIの高効率な水分解-酸素発生反応に重要な因子である可能性を明らかにしました。
今回の発见は、光合成の光エネルギー変换効率の制御に関する新たな知见を提供するものであり、今后、人工光合成研究の进展に贡献することも期待されます。
本研究成果は、2022年7月24日に、国際学術誌「PNAS Nexus」にオンライン掲載されました。
本研究で発见した変异は、光合成の光エネルギー変换を担うタンパク质复合体「光化学系滨滨」の水分解-酸素発生反応の活性を向上させる。
研究者のコメント
「太阳光のエネルギーと水から、酸素を生み出し颁翱2を有用な化合物に変换する光合成。この仕组みを活用?応用することは、気候変动やエネルギー问题が深刻化する中で、持続可能な资源开発の実现への大きな前进をもたらす可能性があると考えています。本研究では、光合成の光エネルギー変换の効率を条件つきで向上させる変异を発见し、机能のわかっていなかった因子がこの効率に重要な可能性があることを见つけました。これからも、持続可能な社会の実现を目指して光合成研究に取り组んでいきます。」（今泉滉）
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Ko Imaizumi, Taishi Nishimura, Ryo Nagao, Keisuke Saito, Takeshi Nakano, Hiroshi Ishikita, Takumi Noguchi, Kentaro Ifuku (2022). D139N mutation of PsbP enhances the oxygen-evolving activity of photosystem II through stabilized binding of a chloride ion. PNAS Nexus, 1(3):pgac136.
