光合成酸素発生複合体マンガンクラスターの振動スペクトル解析

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植物・シアノバクテリアの光化学系II膜蛋白質複合体に存在するMnクラスターは酸素発生反応の触媒として機能している。しかし、その骨核構造や配位子であるヒスチジン・カルボキシレートの配位状態は未だ不明である。フーリエ変換赤外分光法による光励起赤外差スペクトルはこれらの情報が含んでいるがバンドの帰属は進んでいない。本研究はMnクラスターの赤外差スペクトル解析のために、密度汎関数法計算によりMnが結合したヒスチジン・カルボキシレート分子及びdi-μ_2-oxo架橋Mn dimerの振動解析を行い次の結果を得た。1.ヒスチジンC4C5伸縮振動はMnの酸化状態の変化[Mn^<3+>→Mn^<4+>]により振動数は変化しなかったが、C5N1伸縮振動の振動数はMnの酸化状態や金属・プロトン化状態に依存して複雑に変化した。Mn^<3+>のヤン・テラー軸の向きによってこれらの振動数は影響せずIR強度のみが変化した。2.カルボキシレートの対称伸縮振動はMn^<2+>→Mn^<3+>→Mn^<4+>の変化でunidentate・bidentate型ともに18-63cm^<-1>低波数シフトした。反対称伸縮振動はMnの酸化状態の変化でunidentate型では24-39cm^<-1>高波数シフトし、bidentate型で逆に3-26cm^<-1>低波数シフトした。3.di-μ2-oxo架橋Mn dimerの赤外差スペクトルは、Mn(3,3)→Mn(3,4)では2本の差バンド(Mn^<3+>-O-Mn^<3+>反対称伸縮振動1→Mn^<3+>-O-Mn^<4+>反対称称伸縮振動2及びMn^<3+>-O-Mn^<3+>反対称伸縮振動2→Mn^<3+>-O-Mn^<4+>対称伸縮振動2)が観測されると予測された。更にMn(3,4)→Mn(4,4)ではMn(3,3)→Mn(3,4)とは逆向きの2本の差バンドが生じ、Mn(4,4)→Mn(3,3)では差バンドが観測されないと予測された。