光合成にまつわる１００年以上の「謎」、水から酸素ができる瞬間の観察に成功…岡山大など研究チーム

　植物の光合成のうち解明が最も難しかった、水から酸素ができる反応の一端を捉えることに成功したと、岡山大などの研究チームが発表した。Ｘ線自由電子レーザー施設「 ＳＡＣＬＡ（サクラ） 」（兵庫県佐用町）の強力なＸ線をごく短時間照射し、分子の動きを連続的に観察した。人工光合成の実現に向けた一歩となる成果で、論文は１日、科学誌ネイチャーに掲載される。

　光合成は植物が光のエネルギーを利用し、水と二酸化炭素から酸素と炭水化物を作る化学反応。１００年以上研究されているが、水が分解されて酸素ができるメカニズムは不明だった。

　岡山大の 沈建仁（しんけんじん） 教授（生化学）らは、植物の葉にある「ＰＳ２」というたんぱく質の複合体が、水を分解する反応の触媒となっていることに着目。ＰＳ２の結晶を作って解析し、複合体の内部にあるマンガンとカルシウム、酸素の原子からできた「ゆがんだイス」のような形の分子が反応の中心となっていることを突き止め、２０１１年に発表していた。

　今回はＰＳ２の結晶に光を当てて光合成の反応を開始させた後、１００兆分の１秒という極めて短い時間、Ｘ線を照射して分子の動きをコマ送りで観察した。

　すると光を当てた１００万分の１秒後、イスの角の部分にあるカルシウムに水分子が結合。５０００分の１秒後に水分子が消えて酸素原子が出現し、２００分の１秒後には酸素原子がイスの内側へ移動していた。この間、イスと周囲を取り巻くたんぱく質は柔軟に形を変え、反応を支えていることもわかった。

　沈教授は「今後は酸素が分子となって外へ出て行く過程を突き止めたい」と話す。

　 天尾豊・大阪公立大教授（生体触媒化学）の話 「水が分解されて酸素ができる機構の解明に向けた大きな前進だ。今後、水分解機構の全容が解明できることを期待したい」