海洋生物に広く存在する天然紫外線防御物質の高速光熱変換に関する分子機構研究

点击翻译按钮获取中文摘要

海洋生物由来の天然の紫外線防御物質であるマイコスポリン様アミノ酸（MAAs）について、吸収紫外線を熱に変換する光熱変換が溶媒の水分子と協調して起こることを見出しつつある。本成果は地球生命の源である水が海洋生物の紫外線防御と深く結びついていることを示すとともに、MAAsを下地とした紫外線防御剤の開発促進に繋がるものと期待される。具体的な研究活動としては、MAAsが紫外線吸収後に電子励起状態から脱励起する様子を、MAAs周囲の溶媒水分子もあらわに考慮した非断熱分子動力学シミュレーションで原子解像度により追跡した。その結果、MAAsは紫外線吸収後に自身の分子内π共役をねじり、かつその動きをπ共役以外の箇所へと伝播させて最終的には全身をくねらせるように動くことが分かった。こうした動きは、MAAsが構造的に硬いπ共役と柔らかいアミノ酸が連結した分子だからこそ可能なものであり、かつ溶媒水分子との衝突を回避しながら駆動しうるものであった。また、こうしたMAAsの大変形は電子励起状態を十分に緩和させうるものであり、電子励起状態と基底状態のエネルギー間隔を紫外線程度から縮退状態へと縮めて無輻射脱励起を可能にするものであった。MAAsが無輻射脱励起により吸収紫外線を熱へと変換することは既に知られているが、その様子が原子解像度で本研究により示されといえる。以上の結果は、MAAsが自身の構造的柔軟性を活かして周囲水溶媒と協調しつつ光熱変換することを示しており、紫外線防御剤開発で近年注目されているMAAs模倣物の研究領域に柔軟性への気づきを与えるものと期待される。