極超短光パルスを用いた光合成系エネルギー伝達機構の解明とコヒーレント制御

植物及び細菌類の光合成器官は、効率的に光エネルギーを吸収し、電気化学エネルギーに変換する優れた機能を持つ。このような機能の発現には、光合成組織に含まれる色素分子の最適化された空間配列と電子エネルギー状態が密接に関連する。本研究の目的は、フェムト秒時間分解分光を用いて、光合成初期過程の励起エネルギー移動を明らかにし、その機構を人為的にコントロールするための指針を得ることである。本年度は、紅色細菌及び藻類における光合成アンテナ系のエネルギー伝達に関する研究を行った。紅色細菌のアンテナ系では、励起一重項状態間のエネルギー移動は、カロテノイドからバクテリオクロロフィルへ、一方的に起こると考えられていた。しかしながら、本研究により、バクテリオクロロフィルからカロテノイドへの励起エネルギー移動経路が世界で初めて観測された。この特異的なエネルギー移動は、紅色細菌における一種の光保護作用であると考えられる。また、海洋光合成系である珪藻類のアンテナ系は、分子内電荷移動を示すカルボニルカロテノイドを含む。珪藻類から調整したアンテナ系複合体をフェムト秒分解分光で調べるで、珪藻類における高効率なエネルギー伝達機構の発現に、カルボニルカロテノイドの分子内電荷移動状態が、重要な役割を果たしていることを明らかにした。この分子内電荷移動状態は、2光子励起により、優先的に励起することが可能であり、本研究により海洋光合成器官の人為的コントロールに向けた指針を得ることができた。

植物及び細菌類の光合成器官は、効率的に光エネルギーを吸収し、電気化学エネルギーに変換する優れた機能を持つ。このような機能の発現には、光合成組織に含まれる色素分子の最適化された空間配列と電子エネルギー状態が密接に関連する。本研究の目的は、フェムト秒時間分解分光を用いて、光合成初期過程の励起エネルギー移動を明らかにし、その機構を人為的にコントロールするための指針を得ることである。本年度は、紅色細菌及び藻類における光合成アンテナ系のエネルギー伝達に関する研究を行った。紅色細菌のアンテナ系では、励起一重項状態間のエネルギー移動は、カロテノイドからバクテリオクロロフィルへ、一方的に起こると考えられていた。しかしながら、本研究により、バクテリオクロロフィルからカロテノイドへの励起エネルギー移動経路が世界で初めて観測された。この特異的なエネルギー移動は、紅色細菌における一種の光保護作用であると考えられる。また、海洋光合成系である珪藻類のアンテナ系は、分子内電荷移動を示すカルボニルカロテノイドを含む。珪藻類から調整したアンテナ系複合体をフェムト秒分解分光で調べるで、珪藻類における高効率なエネルギー伝達機構の発現に、カルボニルカロテノイドの分子内電荷移動状態が、重要な役割を果たしていることを明らかにした。この分子内電荷移動状態は、2光子励起により、優先的に励起することが可能であり、本研究により海洋光合成器官の人為的コントロールに向けた指針を得ることができた。