機能性色素の空間配置を規制した超分子光反応系の構築

光合成色素たんぱく質におけるクロロフィルとカロテノイドの間のエネルギー移動反応,およびカロテノイドの光合成機能のメカニズムを解明するため,ポルフィリンおよびカロテノイドを含む機能モデルの構築を行った.キサンテン骨格を有する分子やケンプ酸のように三次元構造の明確なスペーサー分子を介してU夕ーン型に色素を配列させることにより,色素間の距離を実際のたんぱく質中と同程度に縮めることに成功し,分子内における効率よい光反応の実現に成功した.まず,NMR測定により溶液中におけるモデル化合物の空間配置を解析し,カロテノイド分子とポルフィリン環平面の折り重なり構造により,色素間の距離が溶液状態にも関わらずきわめて短いことを明らかにした.蛍光測定から光励起状態における色素間相互作用を検討したところ,カロテノイドによるポルフィリンの蛍光消光が顕著に起こり,かつスペーサー分子の違いによる色素間距離の増加に伴って急激に相互作用が減少することを明確にした.これまでに報告されているモデル分子系と異なり,カロテノイドによる集光反応がまったく見られないことから,カロテノイドの新しい機能モデルとして位置づけることができた.パルスレーザーを光源とする蛍光寿命測定や溶媒効果の検討により,消光反応がカロテノイドへの励起エネルギー移動によることを明らかにし,カロテノイドの光調節機能のメカニズムである可能性を実験的に証明した.本研究で開発した超分子モデル化合物は色素間の高速光反応の検出を容易にした点で優れており,カロテノイドの関与する光合成メカニズムの分子レベルでの解明に貢献するものである.

光合成色素たんぱく質におけるクロロフィルとカロテノイドの間のエネルギー移動反応,およびカロテノイドの光合成機能のメカニズムを解明するため,ポルフィリンおよびカロテノイドを含む機能モデルの構築を行った.キサンテン骨格を有する分子やケンプ酸のように三次元構造の明確なスペーサー分子を介してU夕ーン型に色素を配列させることにより,色素間の距離を実際のたんぱく質中と同程度に縮めることに成功し,分子内における効率よい光反応の実現に成功した.まず,NMR測定により溶液中におけるモデル化合物の空間配置を解析し,カロテノイド分子とポルフィリン環平面の折り重なり構造により,色素間の距離が溶液状態にも関わらずきわめて短いことを明らかにした.蛍光測定から光励起状態における色素間相互作用を検討したところ,カロテノイドによるポルフィリンの蛍光消光が顕著に起こり,かつスペーサー分子の違いによる色素間距離の増加に伴って急激に相互作用が減少することを明確にした.これまでに報告されているモデル分子系と異なり,カロテノイドによる集光反応がまったく見られないことから,カロテノイドの新しい機能モデルとして位置づけることができた.パルスレーザーを光源とする蛍光寿命測定や溶媒効果の検討により,消光反応がカロテノイドへの励起エネルギー移動によることを明らかにし,カロテノイドの光調節機能のメカニズムである可能性を実験的に証明した.本研究で開発した超分子モデル化合物は色素間の高速光反応の検出を容易にした点で優れており,カロテノイドの関与する光合成メカニズムの分子レベルでの解明に貢献するものである.